KR100930922B1 - Dye-Sensitized Solar Cell and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

염료감응태양전지 및 그 제조방법이 개시된다.Dye-sensitized solar cells and a method of manufacturing the same are disclosed.

본 발명에 따르는 염료감응태양전지는 서로 대향되게 배치되는 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판과의 사이에 구비되고, 광화학적 반응을 위한 비표면적이 큰 복수개의 돌출부를 갖는 적어도 하나의 나노튜브산화물층을 포함하고, 상기 나노튜브산화물층에 화학적으로 흡착되어, 여기된 전자를 공급할 수 있는 염료층을 포함하는 반도체전극과, 상기 반도체전극과 대향되고 상기 제1기판과 제2기판과의 사이에 마련되어 통전되도록 하는 대향전극 및 상기 반도체전극과 대향전극 사이에 개재되어 산화-환원반응에 의하여 상기 염료층에 전자를 공급해줄 수 있는 전해질용액을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 염료층에서 여기된 전자의 이동에 있어서, 전극의 형태(morphology)에 영향을 받게 된다. 양극산화로 얻어진 나노튜브 모양의 표면 형태는 전자의 이동 경로가 직선 형태로 최소화되어 전자의 손실을 줄일 수 있으며, 복수개의 나노튜브의 표면 염료 흡착이 가능하여 넓은 표면적에서 광흡수을 할 수 있으며, 또한 양면의 나노튜브에 흡수 파장대가 다른 염료를 흡착하여 광흡수도를 증가시킬 수 있다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a plurality of protrusions having a first substrate and a second substrate disposed to face each other, and between the first substrate and the second substrate, and having a large specific surface area for photochemical reaction. A semiconductor electrode comprising at least one nanotube oxide layer having a, and comprising a dye layer that is chemically adsorbed to the nanotube oxide layer, and can supply excited electrons, and opposite to the semiconductor electrode and the first substrate And an electrolytic solution capable of supplying electrons to the dye layer by an oxidation-reduction reaction between the counter electrode provided between the second substrate and the second substrate to conduct electricity. In the movement of electrons excited in the dye layer, the morphology of the electrode is affected. The surface shape of the nanotube shape obtained by anodization minimizes the electron transfer path in the form of a straight line to reduce the loss of electrons, and enables the absorption of surface dyes of a plurality of nanotubes, thereby allowing light absorption at a large surface area. The light absorption can be increased by adsorbing dyes having different absorption wavelengths on both sides of the nanotubes.

Description

염료감응태양전지 및 그 제조방법{Dye-sensitized solar cell and manufacturing method thereof}Dye-sensitized solar cell and manufacturing method thereof

도 1은 종래의 통상적인 염료감응 태양전지의 작동원리를 보여주는 설명도이다. 1 is an explanatory view showing the operation principle of a conventional dye-sensitized solar cell.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 염료감응태양전지를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 염료감응태양전지의 일부단면도이다. 3 is a partial cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to another embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 염료감응태양전지의 일부에 대한 SEM사진으로서 정면도이다.Figure 4 is a front view as a SEM photograph of a portion of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 염료감응태양전지의 일부에 대한 SEM사진으로서 단면도이다.Figure 5 is a cross-sectional view as a SEM photograph of a portion of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6e는 각각 양극산화를 30, 100, 200, 300, 600초 동안 실시한 티타늄기판의 SEM사진이다.6A through 6E are SEM images of titanium substrates subjected to anodization for 30, 100, 200, 300, and 600 seconds, respectively.

도 7a 및 7b는 본 발명의 일실시예에 따르는 염료감응태양전지의 제조방법에 의하여 제조된 태양전지의 단면도이다. 7A and 7B are cross-sectional views of solar cells manufactured by a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따르는 염료감응태양전지의 단락전류, 개방전 압, 효율을 나타내는 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the short circuit current, open voltage, efficiency of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 염료감응태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비표면적이 넓고 전자의 이동도가 우수하며 양면으로 태양광을 흡수할 수 있는 염료감응태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell having a large specific surface area, excellent mobility of electrons, and absorbing sunlight on both sides.

1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 이산화티타늄(아나타제 구조) 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응태양전지는 기존의 p-n형 태양전지에 비해 제조단가가 낮으면서 에너지 변환 효율이 높기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 실리콘 태양전지와 달리, 염료감응태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.Since the development of the dye-sensitized nanoparticle titanium dioxide (Anatase structure) solar cell in 1991 by Michael Gratzel of the Swiss National Lausanne Institute of Advanced Technology (EPFL), much work has been done in this area. Dye-sensitized solar cells have the potential to replace conventional amorphous silicon solar cells because they have lower manufacturing cost and higher energy conversion efficiency than conventional p-n type solar cells. Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are photoelectrochemical solar cells whose main components are dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs, and transition metal oxides that transfer the generated electrons.

도 1은 종래의 통상적인 염료감응 태양전지의 작동원리를 보여주는 설명도로서, 표면에 염료분자(도시하지않음)가 화학적으로 흡착된 전이금속산화물전극(110)에 태양광(hv)이 흡수되면 염료분자는 바닥상태에서 들뜬상태로 전자가 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며, 들뜬상태의 전자(e-)는 반도체산화물의 전도띠(conduction band, Ecb)로 주입된다. 반도체산화물전극(110)으로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 반도체산화물전극에 접하고 있는 투명전도성막(100)으로 전달되고, 투명전도성막(100)에 연결된 외부의 회로나 부하(140)를 통하여 대향전극(counter electrode, 130)과 폐회로를 구성하게 된다. 상기 대향전극(130)과 반도체산화물전극(110) 사이에는 산화-환원 전해질(120)이 주입되어 그로부터 전자를 받아 원래의 상태로 환원된다.1 is an explanatory view showing the operation principle of a conventional conventional dye-sensitized solar cell, the sunlight (h v ) is absorbed by the transition metal oxide electrode 110 chemically adsorbed dye molecules (not shown) on the surface. In this case, the dye molecules are transferred to the excited state from the ground state to form an electron-hole pair, and the excited electrons (e − ) are injected into the conduction band (Ecb) of the semiconductor oxide. Electrons injected into the semiconductor oxide electrode 110 are transferred to the transparent conductive film 100 which is in contact with the semiconductor oxide electrode through an interparticle interface, and through an external circuit or load 140 connected to the transparent conductive film 100. A counter electrode 130 and a closed circuit are formed. The oxidation-reduction electrolyte 120 is injected between the counter electrode 130 and the semiconductor oxide electrode 110 to receive electrons therefrom and to reduce them to their original state.

이러한 태양전지의 에너지 변환 효율은 광흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하기 때문에 많은 양의 전자를 생성하기 위해서는 염료분자의 흡착량을 증가시켜야 한다. 따라서, 단위면적당 흡착된 염료분자의 농도를 증가시키기 위해서는 전이금속 산화물 입자를 나노 크기로 제조할 것이 요구되며, 이러한 나노입자 제조기술은 염료감응태양전지를 제조하는데 있어 매우 중요한 핵심기술 중의 하나이다.Since the energy conversion efficiency of the solar cell is proportional to the amount of electrons generated by light absorption, the amount of dye molecules must be increased to generate a large amount of electrons. Therefore, in order to increase the concentration of the dye molecules adsorbed per unit area, it is required to manufacture the transition metal oxide particles in nano size, and such nano particle manufacturing technology is one of the very important core technologies in manufacturing dye-sensitized solar cells.

종래의 염료감응태양전지에는 사이소프라판올티타늄(Ti(iOC3H7)4)을 전구체로 하여 고압 수열반응에 의하여 얻어진 아나타제(anatase) 구조의 이산화티타늄이 주로 사용되어 왔으며, 일본 공개특허공보 제2003-249277호 등에 개시되어 있으나, 표면상태가 불균일하고, 이산화티타늄에 균열이 있어서 전자이동경로가 길어지는 문제가 있었다. In conventional dye-sensitized solar cells, titanium dioxide having an anatase structure obtained by high-pressure hydrothermal reaction using cysoprapanol titanium (Ti (iOC 3 H 7 ) 4 ) as a precursor has been mainly used. Although disclosed in Korean Patent No. 2003-249277 or the like, there is a problem in that the surface state is uneven, and there is a crack in titanium dioxide, resulting in a long electron transfer path.

또한, 아나타제와 유사한 결정구조 및 전도띠에너지(conduction band energy)를 갖는 루타일 이산화티타늄은 염료감응태양전지에 전극으로 사용될 수 있는데, 루타일 이산화티타늄을 전극으로 이용하기 위해서는 나노입자 루타일 이산화 티타늄 분말을 제조하고, 이를 400℃ 내지 500℃ 온도에서 열처리하여 10 ㎛ 내지 12㎛ 두께의 나노입자 후막필름을 형성하여야 하는데, 균열이 없는 나노입자 루타일 이산화티타늄 후막 필름을 제조하기 어려운 문제가 있었다.In addition, rutile titanium dioxide having a crystal structure similar to anatase and conduction band energy can be used as an electrode in dye-sensitized solar cells. In order to use rutile titanium dioxide as an electrode, nanoparticle rutile titanium dioxide is used. To prepare a powder and heat treatment at a temperature of 400 ℃ to 500 ℃ to form a nanoparticle thick film of 10 ㎛ to 12 ㎛ thickness, there was a problem that it is difficult to prepare a nanoparticle rutile titanium dioxide thick film without cracking.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 균열이 없고, 동시에 비표면적이 큰 이산화티타늄막을 형성하여 많은 태양광을 흡수하도록 하는 한편, 발생된 전자의 이동경로를 줄여 전자-홀 쌍의 재결합을 방지하는 염료감응태양전지를 제공하는 것이다. Therefore, the first technical problem to be achieved by the present invention is to form a titanium dioxide film having no crack and at the same time to absorb a lot of sunlight, while reducing the movement path of the generated electrons to prevent recombination of electron-hole pairs. It is to provide a dye-sensitized solar cell.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제는 균열이 없고, 동시에 비표면적이 큰 이산화티타늄막을 형성하여 많은 태양광을 흡수하도록 하는 한편, 발생된 전자의 이동경로를 줄여 전자-홀 쌍의 재결합을 방지하는 염료감응태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다. In addition, a second technical problem to be achieved by the present invention is to form a titanium dioxide film having a large specific surface area without cracking and absorbing a lot of sunlight, while reducing the movement path of the generated electrons to prevent recombination of electron-hole pairs. It is to provide a method for producing a dye-sensitized solar cell.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, The present invention to achieve the above object,

서로 대향되게 배치되는 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판과의 사이에 구비되고, 광화학적 반응을 위한 비표면적이 큰 복수개의 돌출부를 갖는 적어도 하나의 나노튜브산화물층을 포함하고, 상기 나노튜브산화물층에 화학적으로 흡착되어, 여기된 전자를 공급할 수 있는 염료층을 포함하는 반도체전극과, 상기 반도체전극과 대향되고 상기 제1기판과 제2기판과의 사이에 마련되어 통전되도록 하는 대향전극 및 상기 반도체전극과 대향전극 사이에 개재되어 산화-환원반응에 의하여 상기 염료층에 전자를 공급해줄 수 있는 전해질용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다. 여기서, 상기 나노튜브산화물층은 이산화티탄(TiO2)인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 반도체전극의 대향전극을 향한 반대면에 배치하되, 상기 반도체전극과 대향되도록 제2대향전극을 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. 아울러, 상기 대향전극은 제1기판과의 사이에 제1기판과의 부착력과 전기적 특성의 향상을 위하여 전도성버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 나노튜브산화물층은 이산화티탄(TiO2)인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 돌출부는 그 폭이 60nm 이상이고, 그 높이가 200nm 이상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.At least one nanotube oxide layer disposed between the first substrate and the second substrate, which are disposed to face each other, and the plurality of protrusions provided between the first substrate and the second substrate and having a large specific surface area for photochemical reaction. And a semiconductor electrode comprising a dye layer chemically adsorbed to the nanotube oxide layer and capable of supplying the excited electrons, and provided between the first substrate and the second substrate to face the semiconductor electrode. It provides a dye-sensitized solar cell comprising a counter electrode to be energized and an electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode to supply electrons to the dye layer by an oxidation-reduction reaction. Here, the nanotube oxide layer may be characterized in that the titanium dioxide (TiO 2 ). The semiconductor electrode may be disposed on an opposite surface of the semiconductor electrode facing the opposite electrode, and further include a second opposite electrode to face the semiconductor electrode. In addition, the counter electrode may further include a conductive buffer layer to improve adhesion and electrical properties with the first substrate and the first substrate. In addition, the nanotube oxide layer may be characterized in that the titanium dioxide (TiO 2 ). In addition, the protrusion may have a width of 60 nm or more and a height of 200 nm or more.

한편, 상기 제2대향전극은 제2기판과의 사이에 제2기판과의 부착력과 전기적 특성의 향상을 위하여 전도성버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 반도체전극의 제2대향전극을 향한 면에 형성된 나노튜브산화물층의 표면에는 다양한 파장의 태양광을 흡수하여 전자전이를 일으킬 수 있는 제2염료층이 흡착되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.The second counter electrode may further include a conductive buffer layer to improve adhesion and electrical properties with the second substrate between the second substrate and the second substrate. Here, the surface of the nanotube oxide layer formed on the surface facing the second counter electrode of the semiconductor electrode may be characterized in that the second dye layer which absorbs sunlight of various wavelengths and may cause electron transition. .

또한, 상기 제1기판 또는 제2기판 중 적어도 하나는 투광성인 것을 특징으로 할 수 있다. 아울러, 상기 전도성버퍼층은 이산화주석(SnO2)인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, at least one of the first substrate and the second substrate may be translucent. In addition, the conductive buffer layer may be characterized in that the tin dioxide (SnO 2 ).

한편 본 발명의 또 다른 특징은, 서로 대향하는 제1기판의 제2기판을 향한 면에 염료감응태양전지의 양극으로 사용될 대향전극을 형성하는 단계와, 상기 제2 기판의 제1기판을 향한 면에, 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시켜 복수개의 돌출부를 갖는 나노튜브산화물층을 형성하여 염료감응태양전지의 음극인 반도체전극을 형성하는 단계와, 상기 나노튜브산화물층에 흡착되어, 태양광을 조사받아 반도체전극에 여기된 전자를 전달하는 염료층을 형성하는 단계 및 상기 대향전극과 반도체전극을 조립하고, 상기 대향전극상에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지의 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 티타늄기판을 양극으로 하고, 양극산화법을 이용하여 나노튜브산화물층을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 아울러, 상기 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시키는 시간은 900초 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 한편, 상기 대향전극과 대향하도록 배치하되, 그 사이에 상기 반도체전극을 위치하도록 하여 제2대향전극을 더 구비하여 상기 반도체전극과 조립하고, 상기 제2대향전극상에 형성된 제2미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 제2염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, another feature of the present invention, forming a counter electrode to be used as the anode of the dye-sensitized solar cell on the surface facing the second substrate of the first substrate facing each other, and the surface facing the first substrate of the second substrate Impregnating a titanium substrate with an aqueous hydrogen fluoride (HF) solution to form a nanotube oxide layer having a plurality of protrusions, thereby forming a semiconductor electrode which is a cathode of a dye-sensitized solar cell, and adsorbed onto the nanotube oxide layer. And forming a dye layer for transferring the excited electrons to the semiconductor electrode by irradiating sunlight and assembling the counter electrode and the semiconductor electrode, and through the micropores formed on the counter electrode to the dye layer by an oxidation-reduction reaction. It provides a method for producing a dye-sensitized solar cell comprising the step of injecting an electrolyte supplying electrons. Here, the titanium substrate may be used as an anode, and the nanotube oxide layer may be formed using anodization. In addition, the time for impregnating the titanium substrate in the hydrogen fluoride (HF) aqueous solution may be characterized in that more than 900 seconds. On the other hand, it is disposed so as to face the opposite electrode, the semiconductor electrode is positioned between the second electrode is further provided to assemble with the semiconductor electrode, through the second fine hole formed on the second counter electrode The method may further include injecting an electrolyte solution for supplying electrons to the second dye layer by an oxidation-reduction reaction.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따르는 염료감응태양전지 및 그 제조방법은 균열이 없고, 동시에 비표면적이 큰 이산화티타늄막을 형성하여 많은 태양광을 흡수하도록 하는 한편, 발생된 전자의 이동경로를 줄여 전자-홀 쌍의 재결합을 방지할 수 있는 특징이 있다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention and its manufacturing method are free of cracks and at the same time form a titanium dioxide film having a large specific surface area to absorb a lot of sunlight, while reducing the path of electrons generated, thereby recombining electron-hole pairs. There is a feature that can prevent.

본 발명은 첨부된 도면을 통하여 설명하게 되나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Although the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention illustrated in the following may be modified in many different forms, the scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the following.

본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the size or thickness of films or regions is exaggerated for clarity.

먼저, 염료감응 태양전지의 원리를 간단히 살펴보면, 이는 광합성의 원리를 응용한 것으로, 가시광선이 조사되면 포톤(photon)는 먼저 염료에 흡수되고, 여기상태로 된 염료가 전자를 전자 전도대(conduction band)로 보낸다.First, the principle of dye-sensitized solar cell is briefly applied, which applies the principle of photosynthesis. When visible light is irradiated, photons are first absorbed by dye, and the excited dye causes electrons to conduct electron bands. Send to).

여기서 전자는 전극으로 이동한 후 외부 회로로 이동한다. 염료는 전자 전도대에 전자를 전이한 후 산화되나 전해질 용액으로부터 전자를 받아 원래의 상태로 환원된다.Here, the electrons move to the electrode and then to the external circuit. The dye is oxidized after transferring electrons to the electron conduction band, but receives electrons from the electrolyte solution and reduces them to their original state.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 염료감응태양전지를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따르는 염료감응태양전지는 서로 대향된 제1기판(200)과 제2기판(210)이 있고, 상기 제1기판의 제2기판을 향한 면에는 순차적으로, 전도성버퍼층(220)과 그 하부에는 대향전극(230)이 구비된다. 또한, 제2기판(210)의 제1기판(200)을 향한 면에는 순서대로, 반도체전극(240)과 그 상부에 나노튜브산화물층(250)이 구비되어 있다. 한편, 상기 나노튜브산화물층(250)은 그 비표면적을 크게 하여 태양광의 흡수를 많이 하도록 복수개의 돌출부(255)를 구비한다.Referring to the drawings, the dye-sensitized solar cell according to the present invention has a first substrate 200 and a second substrate 210 facing each other, the conductive buffer layer sequentially on the surface facing the second substrate of the first substrate The counter electrode 230 is provided at the 220 and the lower portion thereof. In addition, the semiconductor electrode 240 and the nanotube oxide layer 250 are disposed on the surface of the second substrate 210 facing the first substrate 200 in order. On the other hand, the nanotube oxide layer 250 is provided with a plurality of protrusions 255 to increase the specific surface area to absorb the sunlight.

또한, 상기 대향전극(230)과 돌출부(255)과의 사이에는 산화-환원반응이 일 어나는 전해질용액을 매립하도록 내부공간(260)이 마련된다. 또한, 상기 제1,2기판(200,210)은 밀봉될 필요가 있는데, 이를 위하여 제1,2기판(200,210)의 외각 단부를 따라 밀봉부(미도시)가 구비된다. 이러한 밀봉부는 열가소성 고분자 필름으로 형성할 수 있다.In addition, an inner space 260 is provided between the counter electrode 230 and the protrusion 255 to fill the electrolyte solution in which the oxidation-reduction reaction occurs. In addition, the first and second substrates 200 and 210 need to be sealed. A sealing unit (not shown) is provided along outer ends of the first and second substrates 200 and 210. Such a seal may be formed of a thermoplastic polymer film.

한편, 제1기판(200)은 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP) 중 적어도 하나를 포함하는 플라스틱재 또는 유리재로 구성될 수 있는데, 태양광을 투과시켜 광전환 효율을 높이기 위하여 투광도가 높아질 수 있는 범위내에서 특별히 제한할 필요는 없다. 또한, 제2기판(210)도 역시 제1기판(200)을 구성하는 플라스틱재 또는 유리재로 구성될 수 있다.Meanwhile, the first substrate 200 is made of polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR, polyacrylate), polyether imide (PEI, polyetherimide), polyethylene naphthalate (PEN, polyethyelenen napthalate), polyethylene terephthalate (PET, polyethyeleneterepthalate), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polyimide, polycarbonate (PC), cellulose tri acetate (TAC), cellulose acetate propionate (cellulose It may be composed of a plastic material or a glass material containing at least one of acetate propinonate (CAP), but it does not need to be particularly limited within the range in which the light transmittance may be increased in order to transmit sunlight to improve light conversion efficiency. In addition, the second substrate 210 may also be made of a plastic or glass material constituting the first substrate 200.

한편, 제1기판(200)의 제2기판을 향한 면에는 전도성버퍼층(220)이 구비될 수 있다. 후술한 대향전극이 태양광을 투과시켜야 하는 특성상, 박막(thin film)으로 형성될 수 있고 또한, 제1기판(200)과 대향전극(230)과의 부착력 향상 및 전기적 특성을 고려하여 전도성버퍼층(220)을 구비한다. 상기 전도성버퍼층(220)으로 사용되는 소재로는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐진크옥사이드(IZO), 산화인듐(In2O3), 이산화주석, 플로린 도핑된 인듐틴옥사이드(FTO) 등을 들 수 있는데, 특히 이산화주석(SnO2)가 바람직하다. 이러한 전도성버퍼층(220)은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 증기증착(evaporation), 열산화(thermal oxidation), 전기화학적 증착(electrochemical anodization(deposition)) 중의 어느 한 방법에 의해 형성할 수 있으며, 일 예로는 스퍼터링 방법에 의해 상온 내지 400℃의 온도에서 1 내지 400 nm 의 두께로 형성할 수 있다. Meanwhile, the conductive buffer layer 220 may be provided on the surface of the first substrate 200 facing the second substrate. Due to the property that the counter electrode to be described later transmits sunlight, the counter electrode may be formed as a thin film. In addition, the conductive buffer layer may be formed in consideration of the improvement of the adhesion between the first substrate 200 and the counter electrode 230 and the electrical properties. 220). Examples of the material used as the conductive buffer layer 220 include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin dioxide, and fluorine-doped indium tin oxide (FTO). In particular, tin dioxide (SnO 2 ) is preferred. The conductive buffer layer 220 may be formed by any one of sputtering, chemical vapor deposition (CVD), evaporation, thermal oxidation, and electrochemical anodization (deposition). For example, it may be formed in a thickness of 1 to 400 nm at a temperature of room temperature to 400 ℃ by the sputtering method.

아울러, 전도성버퍼층(220)의 제2기판(210)을 향한 면에는 대향전극(230)이 적층된다. 상기 대향전극(230)은 백금(Pt) 또는 귀금속 물질을 이용할 수 있는데, 백금(Pt)은 반사도가 높을수록 내부공간(260)으로 투과된 태양광의 광경로가 길어져 효율이 우수하므로 반사율이 높은 막이 선호된다.In addition, the opposite electrode 230 is stacked on the surface of the conductive buffer layer 220 facing the second substrate 210. The counter electrode 230 may use platinum (Pt) or a noble metal material. The higher the reflectance of the platinum (Pt), the longer the optical path of the sunlight transmitted to the internal space 260, so the efficiency is excellent, so that the film having high reflectance Is preferred.

한편, 제2기판(210)의 제1기판을 향한 면에는 순차적으로 반도체전극(240), 나노튜브산화물층(250) 및 돌출부(255)가 형성되어 있다. 제1기판을 통과한 태양광은 돌출부(255)의 표면에 도포된 염료층(270)에 조사된다. 여기서, 염료층(270)은 조사된 태양광에 의하여 화학적으로 기저상태에서 여기상태로 전자전이가 일어나게 되며, 여기상태의 전자는 돌출부(255)를 통하여 나노튜브산화물층(250)으로 주입된다. 또한, 전자가 이동하는 경로가 돌출부(255)를 따라 나노튜브산화물층(250)으로 직선적 최단거리를 이동하므로 전자 손실을 줄일 수 있다. 이러한 돌출부(255)는 그 폭이 60nm 이상이고, 그 높이가 200nm 이상인 것이 바람직한데, 그 폭이 60nm 미만이고, 높이가 200nm미만 경우에는 양극산화를 시키는 경우에 침식되는 정도를 조절하기 어려우며 표면적 효과가 저감된다. Meanwhile, the semiconductor electrode 240, the nanotube oxide layer 250, and the protrusion 255 are sequentially formed on the surface of the second substrate 210 facing the first substrate. Sunlight passing through the first substrate is irradiated to the dye layer 270 applied to the surface of the protrusion 255. Here, the dye layer 270 chemically transitions from the ground state to the excited state by the irradiated sunlight, and the electrons in the excited state are injected into the nanotube oxide layer 250 through the protrusion 255. In addition, since the path along which the electrons move moves along the protrusion 255 to the nanotube oxide layer 250, the linear shortest distance may reduce the electron loss. It is preferable that the protrusion 255 has a width of 60 nm or more and a height of 200 nm or more. If the width is less than 60 nm and the height is less than 200 nm, it is difficult to control the erosion degree when anodizing and the surface area effect. Is reduced.

한편, 염료층(270)은 다양한 염료로 구성될 수 있는데, 루테늄(Ru) 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 루테늄(Ruthenium) 535-bisTBA(solaronix)일 수 있다. 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 만들 수 있는 원소이다.Meanwhile, the dye layer 270 may be formed of various dyes, and may be made of a material capable of absorbing visible light, including a ruthenium (Ru) composite, preferably Ruthenium 535-bisTBA (solaronix). Can be. Ruthenium (Ru) is an element belonging to the platinum group and is an element that can make many organometallic complexes.

이 외에도, 가시광내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 특성 및 전자 방출이 효율적으로 할 수 있는 염료인 한 어떤 것이든 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 염료층(270)는 다양한 색을 갖고, 재료가 풍부하며, 가격이 싼 유기 색소로 구비될 수 있다. 예컨대, 큐마린(Cuemarine), 포피린(porphyrin)의 일종인 페오포바이드 에이(pheophorbide a) 등을 단독 또는 Ru 복합체와 혼합 사용할 수 있다.In addition, it is a matter of course that any one can be used as long as it is a dye which can improve efficiency by improving long wavelength absorption in visible light and can efficiently emit electrons. In addition, the dye layer 270 may be provided with an organic dye having various colors, rich in materials, and inexpensive. For example, cuemarine (pheophorbide a), a kind of porphyrin (porphyrin) and the like can be used alone or mixed with Ru complex.

한편, 돌출부(255)와 나노튜브산화물층(250)은 그 구성소재가 동일한데, 태양전지의 에너지 변환효율은 광흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하기 때문에 많은 양의 전자를 생성하기 위해서는 염료층이 넓어야 한다. 다시 말하면, 염료층(270)의 비표면적이 커야하는데, 이를 위하여 돌출부(255)를 두어서 비표면적을 크게 하고 있다. 여기서, 복수개의 돌출부(255)를 형성하는 방법으로는 특별히 제한은 없으나, 바람직하게는 양극산화법을 이용할 수 있는데, 상세하게는 후술한다.On the other hand, the projecting portion 255 and the nanotube oxide layer 250 is the same material, the energy conversion efficiency of the solar cell is proportional to the amount of electrons generated by light absorption in order to generate a large amount of electrons The dye layer should be wide. In other words, the specific surface area of the dye layer 270 should be large. For this purpose, the protrusion 255 is provided to increase the specific surface area. Here, the method for forming the plurality of protrusions 255 is not particularly limited, but anodization may be preferably used, which will be described later in detail.

다음으로, 나노튜브산화물층(250)이 돌출부(255)와 동일한 구성소재로 구비되어 있는데, 바람직하게는 전이금속산화물로 구비될 수 있고, 특히 이산화티탄 (TiO2)이 바람직하다. 이 역시 양극산화법을 이용하여 형성한다. Next, the nanotube oxide layer 250 is provided with the same constituent material as the protruding portion 255, but may preferably be provided with a transition metal oxide, and titanium dioxide (TiO 2 ) is particularly preferable. This is also formed using anodization.

한편, 돌출부(255)를 통하여 나노튜브산화물층(250)으로 전달된 전자는 반도체전극(240)을 통하여 외부의 회로나 부하에 인가되는데, 반도체전극으로는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 아연(Zn), 인듐(In), 이리듐(Yr), 란타늄(La), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스템(W), 주석(Sn), 니오비움(Nb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 스칸듐(Sc), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 SrTi 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물로 이루어질 수 있는데, 티탄(Ti)을 이용하는 것이 바람직하다. Meanwhile, electrons transferred to the nanotube oxide layer 250 through the protrusion 255 are applied to an external circuit or a load through the semiconductor electrode 240. The semiconductor electrodes include titanium (Ti), zirconium (Zr), Strontium (Sr), Zinc (Zn), Indium (In), Iridium (Yr), Lanthanum (La), Vanadium (V), Molybdenum (Mo), Tungstem (W), Tin (Sn), Niobium (Nb) ), Magnesium (Mg), aluminum (Al), scandium (Sc), gallium (Ga), indium (In) and SrTi, or may be composed of one or two or more composites, preferably using titanium (Ti).

한편, 대향전극(230)과 돌출부(255)상의 염료층(270)과의 사이에는 내부공간(260)이라는 빈 공간이 마련되어서, 여기에는 전해질이 충진된다. 전해질에서는 산화-환원 반응이 일어나므로 염료층(270)은 전해질용액로부터 다시 전자를 공급받게 된다.Meanwhile, an empty space called an inner space 260 is provided between the counter electrode 230 and the dye layer 270 on the protrusion 255, and the electrolyte is filled therein. Since the oxidation-reduction reaction occurs in the electrolyte, the dye layer 270 is supplied with electrons again from the electrolyte solution.

또한, 내부공간(260)에 충진되는 전해질용액은 테트라프로필암모늄 아이오다이드(tetrapropylammonium iodide), 요오드(I2), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 아세토나이트릴(acetonitrile) 등으로 구성된 혼합물을 이용할 수 있는데, 바람직하게는 Iodolyte PMI-50(solaronix)일 수 있다. 이 외에도, 염료층(270)에 산화-환원반응에 의해 전자를 공급할 수 있는 범위 내에서 다양한 재료를 이용할 수 있음은 물론이다.In addition, the electrolyte solution filled in the inner space 260 may be a mixture consisting of tetrapropylammonium iodide, iodine (I 2 ), ethylene carbonate (ethylene carbonate), acetonitrile (acetonitrile), etc. There is preferably, Iodolyte PMI-50 (solaronix). In addition, various materials may be used within the range in which electrons may be supplied to the dye layer 270 by oxidation-reduction reaction.

도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 염료감응태양전지의 일부단면도이다. 3 is a partial cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to another embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 서로 대향된 제1기판(300)과 제2기판(310)이 마련된다. 제1기판(300)의 제2기판을 향한 면에는 순차적으로 전도성버퍼층(320), 대향전극(330), 염료층(370), 돌출부(355), 나노튜브산화물층(350), 반도체전극(340), 제2나노튜브산화물층(352), 제2돌출부(357), 제2염료층(372), 제2전도성버퍼층(322), 제2대향전극(332)이 구비되는데, 이는 반도체전극(340)에 대하여 그 양면으로 대칭되는 구조와 유사하다. 즉, 태양광의 입사되는 방향과는 무관하게 양면으로 수광할 수 있도록 하여 에너지 변환효율을 증가시킬 수 있다. 도 2를 통하여 설명된 구성요소와 동일한 점에 대하여는 간략히 설명하고, 상기 반도체전극(340)에 대하여 그 양면으로 대칭되는 구조와 유사한 범위 내에서는 대칭되는 구성에 대하여 함께 설명한다.Referring to the drawings, a first substrate 300 and a second substrate 310 facing each other are provided. The conductive buffer layer 320, the counter electrode 330, the dye layer 370, the protrusion 355, the nanotube oxide layer 350, and the semiconductor electrode may be sequentially formed on the surface of the first substrate 300 facing the second substrate. 340, a second nanotube oxide layer 352, a second protrusion 357, a second dye layer 372, a second conductive buffer layer 322, and a second counter electrode 332, which is a semiconductor electrode. It is similar to a symmetrical structure on both sides with respect to 340. That is, the energy conversion efficiency can be increased by allowing light to be received on both sides irrespective of the incident direction of sunlight. The same points as the components described with reference to FIG. 2 will be briefly described, and the symmetrical configuration will be described together with the semiconductor electrode 340 within a similar range to the symmetrical structure on both sides thereof.

한편, 제1기판(300)은 상술한 플라스틱재 또는 유리재로 구성될 수 있는데, 태양광을 투과시켜 광전환 효율을 높이기 위하여 투광도가 높아질 수 있는 범위내에서 특별히 제한할 필요는 없다. 또한, 제2기판(310)도 역시 제1기판(300)을 구성하는 플라스틱재 또는 유리재로 구성될 수 있다.On the other hand, the first substrate 300 may be composed of the above-described plastic or glass material, there is no need to specifically limit within the range that the light transmittance can be increased in order to transmit the sunlight to increase the light conversion efficiency. In addition, the second substrate 310 may also be made of a plastic or glass material constituting the first substrate 300.

또한, 제1기판(300)의 제2기판을 향한 면에는 전도성버퍼층(320)이 구비된다. 이는 제1기판(300)과 대향전극(330)과의 부착력 향상 및 전기적 특성을 고려하여 전도성버퍼층(320)을 구비한다. 여기서, 전기적 특성이란 특별히 저항 성분을 의미하는 것인데, 대향전극이 박막으로 형성되기 때문에 표면저항값이 높게 나오게되어 전도성버퍼층(320)을 적층하여 저항값을 보상하기 위함이다. 상기 전도성버퍼층(320)으로 사용되는 소재로는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐진크옥사이드(IZO), 산 화인듐(In2O3), 이산화주석, 플로린 도핑된 인듐틴옥사이드(FTO) 등을 들 수 있는데, 특히 이산화주석이 바람직하다. In addition, the conductive buffer layer 320 is provided on the surface of the first substrate 300 facing the second substrate. It is provided with a conductive buffer layer 320 in consideration of the improved adhesion and electrical characteristics of the first substrate 300 and the counter electrode 330. In this case, the electrical property means a resistive component. In order to compensate the resistance by stacking the conductive buffer layer 320, the surface resistance is high because the counter electrode is formed of a thin film. Materials used as the conductive buffer layer 320 include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin dioxide, and fluorine-doped indium tin oxide (FTO). Among these, tin dioxide is particularly preferable.

아울러, 전도성버퍼층(320)의 제2기판(310)을 향한 면에는 대향전극(330)이 적층된다. 상기 대향전극(330)은 백금(Pt) 또는 귀금속 물질을 이용할 수 있는데, 전기전도성이 우수하고 반사특성이 뛰어난 다양한 재료가 이용될 수 있음은 물론이다.In addition, the opposite electrode 330 is stacked on the surface of the conductive buffer layer 320 facing the second substrate 310. The counter electrode 330 may use platinum (Pt) or a noble metal material, and various materials having excellent electrical conductivity and excellent reflection characteristics may be used.

한편, 제2기판(310)의 제1기판을 향한 면에는 순차적으로 제2도전성버퍼층(322), 제2대향전극(332)이 구비된다. 이 역시 제1기판(300)의 제2기판(310)을 향한 면에 구비되는 도전성버퍼층(320), 대향전극(330)과 동일한 재료로 구성될 수 있음은 물론이거니와 이에 제한되지 아니하고, 입사되는 태양광의 다양한 파장에 전자전이를 일으킬 수 있도록, 동일하지 아니한 소재를 이용할 수 있다.Meanwhile, the second conductive buffer layer 322 and the second counter electrode 332 are sequentially provided on the surface of the second substrate 310 facing the first substrate. This may also be of the same material as the conductive buffer layer 320 and the counter electrode 330 provided on the surface facing the second substrate 310 of the first substrate 300, but is not limited thereto. Uneven materials may be used to cause electron transitions at various wavelengths of sunlight.

또한, 상기 제1기판과 제2기판의 사이에는 태양광이 입사되어 전자전이를 일으킬 수 있는 염료층(370,372)으로부터 전자를 외부의 회로나 부하에 인가할 수 있는 반도체전극(340)이 배치된다. 상기 반도체전극은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 아연(Zn), 인듐(In), 이리듐(Yr), 란타늄(La), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스템(W), 주석(Sn), 니오비움(Nb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 스칸듐(Sc), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 SrTi 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물로 이루어질 수 있는데, 티타늄(Ti)을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 티타늄을 기판의 형태로 양극산화법을 이용하여 나노튜브산화물층(350,352)과 돌출부(355,357)를 형성한 다. 양극산화법에 대하여는 후술한다.In addition, a semiconductor electrode 340 is disposed between the first substrate and the second substrate to apply electrons to an external circuit or a load from the dye layers 370 and 372, which are capable of injecting sunlight and causing electron transitions. . The semiconductor electrode is titanium (Ti), zirconium (Zr), strontium (Sr), zinc (Zn), indium (In), iridium (Yr), lanthanum (La), vanadium (V), molybdenum (Mo), tongue Composed of one or more complexes of stem (W), tin (Sn), niobium (Nb), magnesium (Mg), aluminum (Al), scandium (Sc), gallium (Ga), indium (In) and SrTi It is possible to use titanium (Ti) is preferred. The titanium is formed in the form of a substrate using anodization to form nanotube oxide layers 350 and 352 and protrusions 355 and 357. The anodic oxidation method will be described later.

상기 양극산화법을 이용하여 전해액중에 티타늄을 양극으로 하여 통전하면 티타늄산화층이 생기는데, 이는 티타늄이 전류에 의해 용융산화되어 형성되는 것으로 판단된다. 여기서, 티타늄산화층이 나노튜브산화물층(350,352)을 이루는 것이다. 또한, 상기 티타늄산화층의 외면에는 전해액에 의하여 침식되는 것으로 판단되는 돌출부(355,357)가 형성된다. 상기 돌출부에 대한 SEM 이미지는 도 4 및 도 5에 정면도와 단면도의 형태로 잘 나타나 있다. 또한, 상기 돌출부(255)는 그 폭이 60nm 이상이고, 그 높이가 200nm 이상인 것이 바람직한데, 그 폭이 60nm 미만이고, 높이가 200nm미만 경우에는 양극산화를 시키는 경우에 침식되는 정도를 조절하기 어려우며 표면적 효과가 저감된다. 이러한 돌출부(355,357)에 의하여 보다 많은 태양광을 흡수할 수 있는 비표면적이 증가하여 에너지 변환 효율이 증가된다. When the titanium is used as the anode in the electrolyte using the anodization, a titanium oxide layer is formed, which is believed to be formed by molten oxidation of titanium by current. Here, the titanium oxide layer forms the nanotube oxide layers 350 and 352. In addition, protrusions 355 and 357 that are determined to be eroded by the electrolyte are formed on the outer surface of the titanium oxide layer. SEM images of the protrusions are well shown in front and sectional views in FIGS. 4 and 5. In addition, the protrusion 255 is preferably a width of 60nm or more, the height of 200nm or more, the width is less than 60nm, when the height is less than 200nm it is difficult to control the degree of erosion when anodizing The surface area effect is reduced. The protrusions 355 and 357 increase specific surface areas capable of absorbing more sunlight, thereby increasing energy conversion efficiency.

또한, 돌출부(355,357) 상에는 염료층(370,372)이 흡착된다. 여기서, 염료층(370,372)은 조사된 태양광에 의하여 화학적으로 기저상태에서 여기상태로 전자전이가 일어나게 되며, 여기상태의 전자는 돌출부(355,357)를 통하여 나노튜브산화물층(350,352)으로 주입된다. In addition, the dye layers 370 and 372 are adsorbed on the protrusions 355 and 357. Here, the dye layers 370 and 372 are electron-transferd from the ground state to the excited state by the irradiated sunlight, and the electrons in the excited state are injected into the nanotube oxide layers 350 and 352 through the protrusions 355 and 357.

상기 염료층은 다양한 염료로 구성될 수 있는데, 루테늄(Ru) 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 루테늄(Ruthenium) 535-bisTBA(solaronix)일 수 있다. 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 만들 수 있는 원소이다. 또한, 다양한 색소를 사용할 수 있음은 상술한 바와 같다. 여기서, 상기 염료층(370,372)은 태양광의 입사 각도에 따라 다양한 파장의 태양광이 조사되어 염료층에 흡수될 수 있으므로, 다른 흡수파장대의 염료나 색소를 이용하는 것이 바람직하다. The dye layer may be composed of various dyes, and may be made of a material capable of absorbing visible light, including a ruthenium (Ru) complex, and preferably, ruthenium 535-bisTBA (solaronix). Ruthenium (Ru) is an element belonging to the platinum group and is an element that can make many organometallic complexes. In addition, the various pigments can be used as described above. Here, the dye layers 370 and 372 may be absorbed into the dye layer by irradiating sunlight of various wavelengths according to the incident angle of sunlight, and it is preferable to use dyes or pigments of different absorption wavelengths.

한편, 대향전극(330,332)과 돌출부(355,357)상의 염료층(370,372)과의 사이에는 내부공간(360,362)이라는 빈 공간이 마련되어서, 여기에는 전해질이 충진된다. 여타의 전해질에 대한 설명은 상술한 바와 같아 생략한다. 다만, 서로 다른 파장의 태양광이 입사될 수 있으므로, 다른 흡수파장대의 전해질을 이용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, an empty space called an inner space 360 and 362 is provided between the counter electrodes 330 and 332 and the dye layers 370 and 372 on the protrusions 355 and 357, and the electrolyte is filled therein. Description of other electrolytes is omitted as described above. However, since sunlight of different wavelengths may be incident, it is preferable to use electrolytes having different absorption wavelengths.

또한, 내부공간(360,362)에 충진되는 전해질용액은 테트라프로필암모늄 아이오다이드(tetrapropylammonium iodide), 요오드(I2), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 아세토나이트릴(acetonitrile) 등으로 구성된 혼합물을 이용할 수 있는데, 바람직하게는 Iodolyte PMI-50(solaronix)일 수 있다. 이 외에도, 염료층(370,372)에 산화-환원반응에 의해 전자를 공급할 수 있는 범위 내에서 다양한 재료를 이용할 수 있음은 물론이다.In addition, an electrolyte solution filled in the internal spaces 360 and 362 may use a mixture consisting of tetrapropylammonium iodide, iodine (I 2 ), ethylene carbonate, acetonitrile, and the like. There is preferably, Iodolyte PMI-50 (solaronix). In addition, various materials may be used within the range in which electrons may be supplied to the dye layers 370 and 372 by an oxidation-reduction reaction.

다음으로, 본 발명에 따르는 염료감응태양전지의 제조방법을 살펴본다.Next, look at the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.

본 발명에 따르는 염료감응태양전지의 제조방법은 서로 대향하는 제1기판의 제2기판을 향한 면에 염료감응태양전지의 양극으로 사용될 대향전극을 형성하는 단계(S1단계)와, 상기 제2기판의 제1기판을 향한 면에, 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시켜 복수개의 돌출부를 갖는 나노튜브산화물층을 형성하여 염료감응태양전지의 음극인 반도체전극을 형성하는 단계(S2단계)와, 상기 나노튜브산화 물층에 흡착되어, 태양광을 조사받아 반도체전극에 여기된 전자를 전달하는 염료층을 형성하는 단계(S3단계) 및 상기 대향전극과 반도체전극을 조립하고, 상기 대향전극상에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 단계(S4단계)를 포함하여 이루어진다.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention includes forming a counter electrode to be used as an anode of a dye-sensitized solar cell on a side facing a second substrate of a first substrate facing each other (step S1), and the second substrate. Impregnating a titanium substrate in an aqueous hydrogen fluoride (HF) solution to form a nanotube oxide layer having a plurality of protrusions on a surface facing the first substrate of the substrate to form a semiconductor electrode as a cathode of a dye-sensitized solar cell (step S2). And a dye layer adsorbed on the nanotube oxide layer to form a dye layer for irradiating sunlight to deliver electrons excited to the semiconductor electrode (step S3) and assembling the counter electrode and the semiconductor electrode, and the counter electrode And injecting an electrolyte solution for supplying electrons to the dye layer through an oxidation-reduction reaction through the micropores formed on the substrate (S4).

도 7a는 본 발명의 일실시예에 따르는 염료감응태양전지의 제조방법에 의하여 제조된 태양전지의 단면도이다. ,7A is a cross-sectional view of a solar cell manufactured by a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. ,

먼저, S1단계를 보면, 서로 대향하는 제1기판의 제2기판을 향한 면에 염료감응태양전지의 양극으로 사용될 대향전극을 형성하는 하는 과정인데, 대향전극(610)을 제조하는데에 있어서, 제1기판(600)과의 부착력 및 전기적 특성을 고려하여 이산화주석(SnO2) 이나 ITO(Indium Tin Oxide) 등으로 도전성버퍼층(미도시)을 형성할 수 있고, 그 상부에 대향전극(610)으로서 백금(Pt)막을 적층한다. 상기 백금막을 적층하는 방법으로는 스퍼터링을 사용할 수 있는데, 이 외에도 화학기상증착(CVD), 증기증착(evaporation), 열산화(thermal oxidation), 전기화학적 증착(electrochemical anodization(deposition)) 중의 어느 한 방법에 의할 수 있음은 물론이다. First, in step S1, a process of forming a counter electrode to be used as an anode of a dye-sensitized solar cell on a surface facing a second substrate of a first substrate facing each other, in manufacturing the counter electrode 610, A conductive buffer layer (not shown) may be formed of tin dioxide (SnO 2 ), indium tin oxide (ITO), or the like in consideration of the adhesion force and electrical characteristics with the first substrate 600, and as the counter electrode 610 thereon. A platinum (Pt) film is laminated. Sputtering may be used as a method of stacking the platinum film. In addition, any one of chemical vapor deposition (CVD), evaporation, thermal oxidation, and electrochemical anodization (deposition) may be used. Of course it can be.

이어서, S2단계를 보면, 상기 제2기판의 제1기판을 향한 면에, 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시켜 복수개의 돌출부를 갖는 나노튜브산화물층을 형성하여 염료감응태양전지의 음극인 반도체전극을 형성하는 과정에서, 반도체전극(620)을 형성하는데, 티타늄(Ti)을 기판의 형태로 준비한다. 상기 티타늄기판 은 통상 시판되는 티타늄을 사용할 수 있고, 이 외에도 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 아연(Zn), 인듐(In), 이리듐(Yr), 란타늄(La), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스템(W), 주석(Sn), 니오비움(Nb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 스칸듐(Sc), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 SrTi 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물을 이용할 수 있음은 물론이다.Subsequently, in the step S2, a dye-sensitized solar cell is formed by forming a nanotube oxide layer having a plurality of protrusions by impregnating a titanium substrate in a hydrogen fluoride (HF) solution on the surface facing the first substrate of the second substrate. In the process of forming a semiconductor electrode as a cathode, a semiconductor electrode 620 is formed, and titanium (Ti) is prepared in the form of a substrate. The titanium substrate may be commercially available titanium, in addition to zirconium (Zr), strontium (Sr), zinc (Zn), indium (In), iridium (Yr), lanthanum (La), vanadium (V), Molybdenum (Mo), tungstem (W), tin (Sn), niobium (Nb), magnesium (Mg), aluminum (Al), scandium (Sc), gallium (Ga), indium (In) and SrTi Of course, two or more composites may be used.

이어서, 티타늄기판을 플루오르화수소(HF)수용액에 함침시키고, 티타늄기판을 양극으로 하여 900초 동안에 20V의 전압을 인가하여 티타늄기판상에 복수개의 돌출부를 형성한다. 이는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 형성됨을 알 수 있다.Subsequently, the titanium substrate is impregnated with an aqueous hydrogen fluoride (HF) solution, and a plurality of protrusions are formed on the titanium substrate by applying a voltage of 20 V for 900 seconds using the titanium substrate as an anode. It can be seen that it is formed as shown in FIGS. 4 and 5.

한편, 도 6a 내지 도 6e는 각각 양극산화를 30, 100, 200, 300, 600초 동안 실시한 티타늄기판의 SEM사진인데, 여기서, 900초 미만으로 함침시킨 경우에는 도 6a 내지 도 6e에서 볼 수 있는 바와 같이 양극산화된 티나늄기판의 표면에 돌출상태가 불균일해져 광변환효율이 떨어진다.6A to 6E are SEM images of titanium substrates subjected to anodization for 30, 100, 200, 300, and 600 seconds, respectively, where impregnated with less than 900 seconds, as shown in FIGS. 6A to 6E. As shown in the drawing, the projection state is uneven on the surface of the anodized titanium substrate, resulting in poor light conversion efficiency.

상기 양극에서 플루오르화수소수용액에 의하여 티타늄기판을 산화하는데, 전해질용액중에 티타늄을 양극으로 하여 통전하면 티타늄산화층이 생기는데, 이는 티타늄이 전류에 의해 용융산화되어 형성되는 것으로 판단된다. 여기서, 티타늄산화층이 나노튜브산화물층(660)을 이루는 것이다.The titanium substrate is oxidized by the hydrogen fluoride solution in the anode, and when titanium is used as the anode in the electrolyte solution, a titanium oxide layer is formed, which is thought to be formed by melting and oxidizing titanium by current. Here, the titanium oxide layer forms the nanotube oxide layer 660.

또한, 상기 티타늄산화층의 외면에는 플루오르화수소수용액에 의하여 침식되는 것으로 판단되는 돌출부(630)가 형성된다. 상기 돌출부에 대한 표면 주사 현미경 이미지는 도 4 및 도 5에 정면도와 단면도의 형태로 잘 나타나 있다. In addition, the outer surface of the titanium oxide layer is formed with a protrusion 630 which is determined to be eroded by the hydrogen fluoride solution. Surface scanning microscope images of the protrusions are shown well in the form of a front view and a cross-sectional view in FIGS. 4 and 5.

다음으로 S3단계를 보면, 상기 나노튜브산화물층에 흡착되어, 태양광을 조사 받아 반도체전극에 여기된 전자를 전달하는 염료층을 형성하는 과정인데, 돌출부(630) 및 나노튜브산화물층(660)이 형성된 반도체전극(620)을 상술한 루테늄계 염료 용액 또는 색소 용액에 담지하여 24시간 동안 방치한다. 반도체전극을 상기 용액으로 부터 꺼내어 에탄올로 세정하고 상온에서 건조시킨다.Next, in the step S3, the dye is adsorbed on the nanotube oxide layer to form a dye layer which transmits electrons excited to the semiconductor electrode by irradiation with sunlight, and the protrusion 630 and the nanotube oxide layer 660. The formed semiconductor electrode 620 is supported on the ruthenium-based dye solution or dye solution and left to stand for 24 hours. The semiconductor electrode is taken out of the solution, washed with ethanol and dried at room temperature.

마지막으로 S4단계를 보면, 상기 대향전극과 반도체전극을 조립하고, 상기 대향전극상에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 과정으로서, 양극인 대향전극(610)과 음극인 반도체전극(620)을 조립한다. 대향전극과 반도체전극을 조립할 때에는 두 전극에서 전도성 표면이 안쪽으로 오도록 하여 서로 대향되도록 배치하되, 제1기판(600)이 제2기판(670)의 한쪽 방향으로 치우치게 한다.Finally, in the step S4, a process of assembling the counter electrode and the semiconductor electrode and injecting an electrolyte solution for supplying electrons to the dye layer through an oxidation-reduction reaction through the micropores formed on the counter electrode, the counter electrode as the anode 610 and a semiconductor electrode 620 as a cathode are assembled. In assembling the counter electrode and the semiconductor electrode, the conductive surfaces of the two electrodes are disposed to face each other with the conductive surface facing inward, and the first substrate 600 is oriented in one direction of the second substrate 670.

이 때, 대향전극과 반도체전극과의 사이에, 예를 들면 SURLYN (Du Pont사제의 상품명)으로 이루어지는 약 30 ∼50㎛ 두께의 고분자층(690) 놓고 약 100 ∼ 140℃의 가열판상에서 약 1∼3기압으로 상기 두 전극을 밀착시킨다. 열 및 압력에 의하여 상기 고분자층(690)이 상기 두 전극의 표면에 강하게 부착된다. At this time, between the counter electrode and the semiconductor electrode, a polymer layer 690 having a thickness of about 30 to 50 µm made of, for example, SURLYN (trade name manufactured by Du Pont) is placed on a heating plate of about 100 to 140 ° C. The two electrodes are brought into close contact at 3 atm. The polymer layer 690 is strongly attached to the surfaces of the two electrodes by heat and pressure.

다음에, 상기 대향전극에 형성된 미세구멍(650)을 통하여 상기 두 전극 사이의 내부공간(640)에 전해액을 채워 넣는다. 여기서, 상기 미세구멍(650)은, 통상적으로 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 형성된 것을 사용한다. Next, the electrolyte is filled in the internal space 640 between the two electrodes through the micro holes 650 formed in the counter electrode. Here, the microholes 650 are formed using a drill having a diameter of 0.75 mm in general.

또한, 상기 전해액으로서 상기 설명한 바와 같은 물질을 사용할 수 있다. 상기 전해액이 다 채워진 후, SURLYN과 같이 얇은 유리를 순간적으로 가열함으로써 상기 미세 구멍(650)을 막는다. In addition, the above-mentioned substances can be used as the electrolyte solution. After the electrolyte is completely filled, the micropores 650 are blocked by instantaneously heating a thin glass such as SURLYN.

한편, 대향전극의 일단에는 연결부(A)가 있어서, 외부의 회로나 부하에 전기적 통전이 가능하고, 반도체전극의 대향전극과 대향하는 타단에는 제2연결부(B)와 함께 폐회로를 형성한다. 연결방법으로는 접착 테이프, 접착 페이스트, 금속선 도금, 금속선 증착 중 어느 하나에 의할 수 있다. On the other hand, one end of the counter electrode has a connecting portion (A), and the electrical circuit is possible to the external circuit or load, and the other end facing the opposite electrode of the semiconductor electrode to form a closed circuit together with the second connecting portion (B). The connection method may be any one of an adhesive tape, an adhesive paste, metal wire plating, and metal wire deposition.

한편, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따르는 염료감응태양전지의 제조방법에 의하여 제조된 태양전지의 단면도이다. 한편, 도 7a를 통하여 설명한 염료감응태양전지의 제조방법과 유사한 부분에 대한 설명은 간략히 한다.On the other hand, Figure 7b is a cross-sectional view of a solar cell manufactured by a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. On the other hand, the description of the parts similar to the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell described with reference to Figure 7a will be briefly described.

먼저, 상기 S1단계에서 서로 대향하는 제1기판의 제2기판을 향한 면에 염료감응태양전지의 양극으로 사용될 대향전극을 형성하는 과정에서 상기 제1대향전극(610')을 형성하고, 제2기판상에 제2대향전극(612)을 형성하는데, 상기 S1단계와 동일한 공정을 거친다.First, the first counter electrode 610 ′ is formed in a process of forming a counter electrode to be used as an anode of a dye-sensitized solar cell on a surface facing the second substrate of the first substrate facing each other in step S1. A second counter electrode 612 is formed on the substrate, which is subjected to the same process as in step S1.

다음으로 S2단계에서는, 상기 제2기판의 제1기판을 향한 면에, 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시켜 복수개의 돌출부를 갖는 나노튜브산화물층을 형성하여 염료감응태양전지의 음극인 반도체전극을 형성하는 과정인데, 티타늄(Ti)을 기판의 형태로 준비하여, 플루오르화수소(HF)수용액에 함침시키고, 티타늄기판을 양극으로 하여 산화시키면, 도 7b에서와 같이 복수개의 돌출부(630)가 반도체전극(620)의 양면에 생기게 된다. 다만, 도 7a에서 일면에만 돌출부(630)을 나타낸 것은 돌출부의 크기가 육안으로 식별할 정도가 아니어서, 과장된 것에 불과하다. 다시 말하면, 티타늄기판을 양극으로 하여 전압을 인가하면, 플루오르화수소수용액에 침식을 당하여 티타늄기판 전면에 산화가 시작되므로 양면 전체에 돌출부가 형성되는 것이고, 또한 산화되는 계면에서부터 반도체전극(620)이 있는 방향으로 티타늄산화막이 형성되어 나노튜브산화물층(660)이 구비된다..Next, in the step S2, a negative electrode of the dye-sensitized solar cell is formed by forming a nanotube oxide layer having a plurality of protrusions by impregnating a titanium substrate in a hydrogen fluoride (HF) solution on the surface facing the first substrate of the second substrate. A process of forming a phosphorus semiconductor electrode, wherein titanium (Ti) is prepared in the form of a substrate, impregnated in an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF), and oxidized using a titanium substrate as an anode, the plurality of protrusions 630 as shown in FIG. 7B. ) Are formed on both surfaces of the semiconductor electrode 620. However, in FIG. 7A, only one surface of the protrusion 630 is not exaggerated because the size of the protrusion is not visible to the naked eye. In other words, when a voltage is applied using the titanium substrate as an anode, the hydrogen fluoride solution is eroded and oxidation starts on the entire surface of the titanium substrate, so that protrusions are formed on both sides of the titanium substrate. The titanium oxide film is formed in the direction to provide the nanotube oxide layer 660.

다음으로 S3단계를 보면, 상기 나노튜브산화물층에 흡착되어, 태양광을 조사받아 반도체전극에 여기된 전자를 전달하는 염료층을 형성하는 과정인데, 돌출부(630) 및 나노튜브산화물층(660)이 형성된 반도체전극(620)을 상술한 테늄계 염료 용액 또는 색소 용액에 담지하여 24시간 동안 방치한다. 이 과정에서 상술한 반도체전극의 양면에 형성된 돌출부(630)의 표면에 염료층이 흡착된다. 이후, 에탄올로 세정하고 상온에서 건조시킨다.Next, in the step S3, the dye is adsorbed on the nanotube oxide layer to form a dye layer that transmits electrons excited to the semiconductor electrode by being irradiated with sunlight, and the protrusion 630 and the nanotube oxide layer 660. The formed semiconductor electrode 620 is supported by the above-described tenium-based dye solution or dye solution and left to stand for 24 hours. In this process, the dye layer is adsorbed on the surfaces of the protrusions 630 formed on both surfaces of the semiconductor electrode described above. Then, washed with ethanol and dried at room temperature.

마지막으로 S4단계에서, 상기 대향전극과 반도체전극을 조립하고, 상기 대향전극상에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 외에, 상기 대향전극과 대향하도록 배치하되, 그 사이에 상기 반도체전극을 위치하도록 하여 제2대향전극을 더 구비하여 상기 반도체전극과 조립하고, 상기 제2대향전극상에 형성된 제2미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 제2염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 단계를 더 구비한다.Finally, in step S4, the counter electrode and the semiconductor electrode are assembled, and the electrolyte is supplied to the dye layer by an oxidation-reduction reaction through the micropores formed on the counter electrode, so as to face the counter electrode. A second dye is disposed, wherein the semiconductor electrode is disposed therebetween, further comprising a second counter electrode, assembled with the semiconductor electrode, and a second dye by an oxidation-reduction reaction through a second fine hole formed on the second counter electrode. Injecting an electrolyte for supplying electrons to the layer.

즉, 제1대향전극(610')이 형성된 제1기판(600)과 돌출부(630) 및 나노튜브산화물층(660)이 형성된 반도체전극(620)을 부착,고정하는 외에, 제2대향전극(612)이 구비된 제2기판(670)과 제1기판과 부착,고정된 반도체전극과 부착,고정을 한다. 도 7b에서 보이는 바와 같이, 대향전극과 반도체전극에서 전도성 표면이 안쪽으로 오도록 하여 서로 대향되도록 배치하되, 제1기판(600)이 반도체전극의 일방향으로 치우치게 하여 고정하고, 또한, 제2대향전극이 구비된 제2기판도 제1기판과 동일한 방향으로 치우치게 하여 부착,고정한다. 여기서 부착,고정하는 수단으로서 상술한 고분자층(690)을 이용할 수 있으나, 이에 한정할 것은 아니고 부착,고정할 수 있는 수단인한 채용할 수 있다.That is, the first substrate 600 on which the first counter electrode 610 'is formed and the semiconductor electrode 620 on which the protrusion 630 and the nanotube oxide layer 660 are formed are attached and fixed, and the second counter electrode ( 612 is attached to the second substrate 670 and the first substrate, and attached to and fixed to the fixed semiconductor electrode. As shown in FIG. 7B, the conductive electrodes of the counter electrode and the semiconductor electrode are disposed to face each other with the conductive surfaces facing inward, and the first substrate 600 is fixed to be biased in one direction of the semiconductor electrode. The provided second substrate is also attached and fixed by being biased in the same direction as the first substrate. Here, the above-described polymer layer 690 may be used as a means for attaching and fixing, but the present invention is not limited thereto, and may be employed as a means for attaching and fixing.

다음에, 상기 제1대향전극(610') 및 제2대향전극(612)에 형성된 미세구멍(650)을 통하여 상기 두 전극(610,612)과 반도체전극 사이의 내부공간(640,642)에 전해액을 채워 넣는다. Next, an electrolyte is filled in the internal spaces 640 and 642 between the two electrodes 610 and 612 and the semiconductor electrode through the micro holes 650 formed in the first and second counter electrodes 610 ′ and 612. .

한편, 상기 제1대향전극(610') 및 제2대향전극(612)의 일단에는 연결부(A)가 있어서, 외부의 회로나 부하에 전기적 통전이 가능하고, 반도체전극의 대향전극과 대향하는 타단에는 제2연결부(B)와 함께 폐회로를 형성한다. 연결방법으로는 접착 테이프, 접착 페이스트, 금속선 도금, 금속선 증착 중 어느 하나에 의할 수 있다. On the other hand, one end of the first counter electrode 610 ′ and the second counter electrode 612 has a connecting portion A, so that an electric circuit can be electrically supplied to an external circuit or a load, and the other end facing the counter electrode of the semiconductor electrode. In the closed circuit together with the second connecting portion (B). The connection method may be any one of an adhesive tape, an adhesive paste, metal wire plating, and metal wire deposition.

실시예 1Example 1

먼저, 티타늄기판을 마련하는 단계에서 통상 사용되는 티타늄으로서 크기가 1㎝×1㎝이고 두께가 500㎛인 기판의 형상으로 준비하였다. 다음으로, 상기 티타늄기판을 플루오르화수소수용액에 함침시켜 티타늄기판상에 복수개의 돌출부를 형성하였다. 이는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 형성됨을 알 수 있었다. 플루오르화수소수용액은 농도를 0.5 중량%로 하였다. 티타늄기판을 양극으로 하여 900초 동안 20V의 전압을 인가하였다. 이어서, 복수개의 돌출부를 갖는 티타늄기판을 루테늄 535-bisTBA(solaronix)에 24시간 동안 담지시켰다. 이어서, 에탄올을 이용하여 세척한후에 상온에서 건조하여 반도체전극을 완성하였다. 다음으로, 대향전극은 양극으로서, 백금을 적층하였는데, 스퍼터방법을 이용하였다. 백금을 스퍼터링하기 전에 1㎝×1㎝ 크기의 유리기판을 마련하는데 유리기판의 백금이 적층되는 면에는 이산화주석을 스퍼터링하였다. 여기서 백금은 표면저항은 0.5옴 미만이었다. 이어서, 대향전극이 형성된 제1기판과 반도체전극과의 사이에 열가소성 고분자 필름인 약 60um 두께의 SURLYN (Du Pont사제의 상품)을 얼라인하여 약 100도에서 9초 정도 열압착하였다. 한편, 열가소성 고분자 필름에 의해 부착된 제1기판에 전해질 용액의 주입을 위해 미세구멍을 형성하였는데, 약 0.75mm직경의 드릴을 이용하였다. 제1기판에 형성된 미세구멍을 통하여 내부공간에 전해질용액이 주입하였는데, 전해질용액으로는 Iodolyte PMI-50(solaronix)을 사용하였다. 이어서, 미세구멍을 통하여 전해질을 주입시키고, 상술한 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 막았다. 마지막으로, 연결부(A,B)에 접착테이프를 이용하여 단자를 완성하였다.First, titanium, which is commonly used in the step of preparing a titanium substrate, was prepared in the shape of a substrate having a size of 1 cm × 1 cm and a thickness of 500 μm. Next, the titanium substrate was impregnated with an aqueous hydrogen fluoride solution to form a plurality of protrusions on the titanium substrate. It can be seen that it is formed as shown in Figures 4 and 5. The aqueous hydrogen fluoride solution had a concentration of 0.5% by weight. A voltage of 20 V was applied for 900 seconds using a titanium substrate as an anode. Subsequently, a titanium substrate having a plurality of protrusions was supported on ruthenium 535-bisTBA (solaronix) for 24 hours. Subsequently, the semiconductor electrode was completed by washing with ethanol and drying at room temperature. Next, the counter electrode was laminated with platinum as an anode, and a sputtering method was used. Before sputtering platinum, a glass substrate having a size of 1 cm × 1 cm was prepared, and tin dioxide was sputtered on the surface where platinum of the glass substrate was laminated. Here, platinum had a surface resistance of less than 0.5 ohms. Subsequently, SURLYN (commercially available from Du Pont), which is a thermoplastic polymer film, was aligned between the first substrate on which the counter electrode was formed and the semiconductor electrode, and thermally pressed for about 9 seconds at about 100 degrees. Meanwhile, micropores were formed in the first substrate attached by the thermoplastic polymer film to inject the electrolyte solution, and a drill having a diameter of about 0.75 mm was used. An electrolyte solution was injected into the internal space through the micropores formed in the first substrate, and Iodolyte PMI-50 (solaronix) was used as the electrolyte solution. Subsequently, the electrolyte was injected through the micropores, and the micropores were closed using the above-mentioned thermoplastic polymer film. Finally, the terminal was completed by using adhesive tape on the connecting portions (A, B).

실시예 2Example 2

실시예 1과 유사하게, 티타늄기판을 마련하는 단계에서 통상 사용되는 티타늄으로서 크기가 1㎝×1㎝이고 두께가 500㎛인 기판의 형상으로 준비하였다. 다음으로, 상기 티타늄기판을 플루오르화수소수용액에 함침시켜 티타늄기판상에 복수개의 돌출부를 형성하였다. 이는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 형성됨을 알 수 있었다. 플루오르화수소수용액은 농도를 0.5 중량%로 하였다. 티타늄기판을 양극으로 하여 900초 동안 20V의 전압을 인가하였다. 이어서, 복수개의 돌출부를 갖는 티타늄기판을 루테늄 535-bisTBA(solaronix)에 24시간 동안 담지시켰다. 이어서, 에탄올을 이용하여 세척한후에 상온에서 건조하여 반도체전극을 완성하였다. 다음으로, 대향전극은 양극으로서, 백금을 적층하였는데, 스퍼터방법을 이용하였다. 백금 을 스퍼터링하기 전에 1㎝×1㎝ 크기의 유리기판을 마련하는데 유리기판의 백금이 적층되는 면에는 이산화주석을 스퍼터링하였다. 여기서 백금은 표면저항은 0.5옴 미만이었다. 이러한 유리기판을 2개 마련하여, 제1,2기판(도 7의 610',670)으로 사용하였다. 이어서, 제1대향전극(610')이 형성된 제1기판과 반도체전극과의 사이에 열가소성 고분자 필름인 약 60um 두께의 SURLYN (Du Pont사제의 상품)을 얼라인하여 약 100도에서 9초 정도 열압착하였고, 제1대향전극(610')과 대향하도록 배치하되, 그 사이에 반도체전극을 위치하도록 하여 제2대향전극(612)이 형성된 제2기판(670)과의 사이에 상기 SURLYN (Du Pont사제의 상품)을 얼라인하여 약 100도에서 9초 정도 열압착하였다. 한편, 제1,2기판(610',670)에 전해질 용액의 주입을 위해 미세구멍을 형성하였는데, 약 0.75mm직경의 드릴을 이용하였다. 제1기판에 형성된 미세구멍을 통하여 내부공간에 전해질용액이 주입하였는데, 전해질용액으로는 Iodolyte PMI-50(solaronix)을 사용하였다. 이어서, 미세구멍을 통하여 전해질을 주입시키고, 상술한 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 막았다. 마지막으로, 연결부(A,B)에 접착테이프를 이용하여 단자를 완성하였다.Similarly to Example 1, titanium, which is commonly used in preparing a titanium substrate, was prepared in the shape of a substrate having a size of 1 cm × 1 cm and a thickness of 500 μm. Next, the titanium substrate was impregnated with an aqueous hydrogen fluoride solution to form a plurality of protrusions on the titanium substrate. It can be seen that it is formed as shown in Figures 4 and 5. The aqueous hydrogen fluoride solution had a concentration of 0.5% by weight. A voltage of 20 V was applied for 900 seconds using a titanium substrate as an anode. Subsequently, a titanium substrate having a plurality of protrusions was supported on ruthenium 535-bisTBA (solaronix) for 24 hours. Subsequently, the semiconductor electrode was completed by washing with ethanol and drying at room temperature. Next, the counter electrode was laminated with platinum as an anode, and a sputtering method was used. Before sputtering platinum, a glass substrate having a size of 1 cm × 1 cm was prepared, and tin dioxide was sputtered on the surface where platinum of the glass substrate was laminated. Here, platinum had a surface resistance of less than 0.5 ohms. Two such glass substrates were prepared and used as the first and second substrates (610 'and 670 in FIG. 7). Subsequently, thermocompression bonding was performed between the first substrate on which the first counter electrode 610 'was formed and the semiconductor electrode by aligning SURLYN (a product of Du Pont), which is a thermoplastic polymer film, about 60 um thick. SURLYN (manufactured by Du Pont Co., Ltd.) between the second substrate 670 having the second counter electrode 612 formed therebetween to be disposed to face the first counter electrode 610 ', with the semiconductor electrode positioned therebetween. Of the product) was aligned and thermally compressed at about 100 degrees for 9 seconds. Meanwhile, micropores were formed to inject the electrolyte solution into the first and second substrates 610 ′ and 670, and a drill having a diameter of about 0.75 mm was used. An electrolyte solution was injected into the internal space through the micropores formed in the first substrate, and Iodolyte PMI-50 (solaronix) was used as the electrolyte solution. Subsequently, the electrolyte was injected through the micropores, and the micropores were closed using the above-mentioned thermoplastic polymer film. Finally, the terminal was completed by using adhesive tape on the connecting portions (A, B).

시험예 1Test Example 1

염료감응태양전지에 대해 100mW/cm2 제논램프 광원 및 AM 1.5 필터를 이용하여 전류-전압 특성을 분석하였다. 하기 <표 1>와 도 8은 이에 대한 정량값을 보여주고 있다. 실시예 1과 실시예 2는 태양광을 흡수하는 염료층의 큰 비표면적을 가지고 있어서, 높은 광전환 효율값을 가짐을 보여주고 있다. 또한, 도 4 및 도 5는 반도체전극의 돌출부가 균열없이 균일한 구조임을 보여주고 있다.The current-voltage characteristics of the dye-sensitized solar cell were analyzed using a 100 mW / cm 2 xenon lamp light source and an AM 1.5 filter. Table 1 and FIG. 8 show quantitative values thereof. Example 1 and Example 2 have a large specific surface area of the dye layer absorbing sunlight, showing that it has a high light conversion efficiency value. 4 and 5 show that the protrusions of the semiconductor electrodes have a uniform structure without cracking.

시 편 Psalms 단락전류/mAcm-2 Short circuit current / mAcm -2 개방전압/VOpen Voltage / V 효율efficiency 실시예 1Example 1 0.8800.880 0.540.54 0.110.11 실시예 2Example 2 1.2201.220 0.610.61 0.240.24

본 발명에 따르는 염료감응태양전지는 균열이 없고, 동시에 비표면적이 큰 이산화티타늄막을 형성하여 많은 태양광을 흡수하도록 하는 한편, 발생된 전자의 이동경로를 줄여 전자-홀 쌍의 재결합을 방지할 수 있다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention is free of cracks and at the same time forms a titanium dioxide film having a large specific surface area to absorb a lot of sunlight, while reducing the movement path of generated electrons to prevent recombination of electron-hole pairs. have.

또한, 본 발명에 따르는 염료감응태양전지의 제조방법은 균열이 없고, 동시에 비표면적이 큰 이산화티타늄막을 형성하여 많은 태양광을 흡수하도록 하는 한편, 발생된 전자의 이동경로를 줄여 전자-홀 쌍의 재결합을 방지할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention is free of cracks and at the same time forms a titanium dioxide film having a large specific surface area so as to absorb a lot of sunlight, while reducing the path of electrons generated, Recombination can be prevented.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (14)

서로 대향되게 배치되는 제1기판과 제2기판;A first substrate and a second substrate disposed to face each other; 상기 제1기판과 제2기판과의 사이에 구비되고, 광화학적 반응을 위한 복수개의 돌출부를 갖는 적어도 하나의 나노튜브산화물층을 포함하고, 상기 나노튜브산화물층에 화학적으로 흡착되어, 여기된 전자를 공급할 수 있는 염료층을 포함하는 반도체전극;An electron provided between the first substrate and the second substrate and including at least one nanotube oxide layer having a plurality of protrusions for a photochemical reaction, and chemically adsorbed to the nanotube oxide layer and excited A semiconductor electrode comprising a dye layer capable of supplying a; 상기 반도체전극과 대향되고 상기 제1기판과 제2기판과의 사이에 마련되어 통전되도록 하는 대향전극; 및An opposite electrode facing the semiconductor electrode and provided between the first substrate and the second substrate so as to be energized; And 상기 반도체전극과 대향전극 사이에 개재되어 산화-환원반응에 의하여 상기 염료층에 전자를 공급해줄 수 있는 전해질용액;을 포함하고,An electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode to supply electrons to the dye layer by an oxidation-reduction reaction; 상기 반도체전극의 대향전극을 향한 반대면에 배치하되, 상기 반도체전극과 대향되도록 제2대향전극을 더 구비한 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.Dye-sensitized solar cell, characterized in that disposed on the opposite side facing the opposite electrode of the semiconductor electrode, further comprising a second facing electrode to face the semiconductor electrode. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노튜브산화물층은 이산화티탄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.Dye-sensitized solar cell, characterized in that the nanotube oxide layer is titanium dioxide (TiO 2 ). 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대향전극은 제1기판과의 사이에 제1기판과의 부착력과 전기적 특성의 향상을 위하여 전도성버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The counter electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises a conductive buffer layer to improve the adhesion and electrical properties with the first substrate and the first substrate. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 돌출부는 그 폭이 60nm 이상이고, 그 높이가 200nm 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The protrusion is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the width is at least 60nm, the height is formed at 200nm or more. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2대향전극은 제2기판과의 사이에 제2기판과의 부착력과 전기적 특성의 향상을 위하여 전도성버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The second counter electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that further comprising a conductive buffer layer to improve the adhesion and electrical properties with the second substrate between the second substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체전극의 제2대향전극을 향한 면에 형성된 나노튜브산화물층의 표면에는 태양광을 흡수하여 전자전이를 일으킬 수 있는 제2염료층이 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.Dye-sensitized solar cell, characterized in that the surface of the nanotube oxide layer formed on the surface facing the second counter electrode of the semiconductor electrode is absorbed by the second dye layer which can absorb the sunlight and cause electron transition. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1기판 또는 제2기판 중 적어도 하나는 투광성인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.At least one of the first substrate and the second substrate is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the light transmitting. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전도성버퍼층은 이산화주석(SnO2)인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The conductive buffer layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the tin dioxide (SnO 2 ). 서로 대향하는 제1기판의 제2기판을 향한 면에 염료감응태양전지의 양극으로 사용될 대향전극을 형성하는 단계;Forming a counter electrode to be used as an anode of a dye-sensitized solar cell on a surface of the first substrate facing each other; 상기 제2기판의 제1기판을 향한 면에, 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시켜 복수개의 돌출부를 갖는 나노튜브산화물층을 형성하여 염료감응태양전지의 음극인 반도체전극을 형성하는 단계;Impregnating a titanium substrate in a hydrogen fluoride (HF) solution on the surface of the second substrate toward the first substrate to form a nanotube oxide layer having a plurality of protrusions to form a semiconductor electrode which is a cathode of a dye-sensitized solar cell. step; 상기 나노튜브산화물층에 흡착되어, 태양광을 조사받아 반도체전극에 여기된 전자를 전달하는 염료층을 형성하는 단계; Forming a dye layer adsorbed on the nanotube oxide layer and irradiated with sunlight to transfer electrons excited to the semiconductor electrode; 상기 대향전극과 반도체전극을 조립하고, 상기 대향전극상에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 단계; 및Assembling the counter electrode and the semiconductor electrode, and injecting an electrolyte solution to supply electrons to the dye layer through an oxidation-reduction reaction through micropores formed on the counter electrode; And 상기 대향전극과 대향하도록 배치하되, 그 사이에 상기 반도체전극을 위치하도록 하여 제2대향전극을 더 구비하여 상기 반도체전극과 조립하고, 상기 제2대향전극상에 형성된 제2미세구멍을 통하여 산화-환원 반응으로 제2염료층에 전자를 공급하는 전해액을 주입하는 단계;를 포함하는 염료감응태양전지의 제조방법.Disposed to face the counter electrode, wherein the semiconductor electrode is positioned therebetween, further including a second counter electrode, assembled with the semiconductor electrode, and oxidized through a second fine hole formed on the second counter electrode. Injecting an electrolytic solution for supplying electrons to the second dye layer by a reduction reaction. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 티타늄기판을 양극으로 하고, 양극산화법을 이용하여 나노튜브산화물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지의 제조방법.A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, wherein the titanium substrate is used as an anode, and a nanotube oxide layer is formed using an anodization method. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 플루오로화수소(HF)수용액에 티타늄기판을 함침시키는 시간은 900초 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지의 제조방법.The time for impregnating the titanium substrate in the hydrogen fluoride (HF) aqueous solution is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that more than 900 seconds. 삭제delete
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