KR100967090B1 - 탄소나노튜브 전극을 이용한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 전극을 이용하여 전류밀도를 향상시킨 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 탄소나노튜브를 전도성 투명 전극으로 활용함과 동시에, 탄소나노튜브 표면에 반도체 산화물을 코팅시킴으로써 광 전극으로도 활용한 태양전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 전도성 투명 전극과 광 전극이 일체형으로 이루어져 있어 전기 전도성이 우수하다. 또한, 반도체 산화물이 코팅된 탄소나노튜브 전극의 다공성 구조는, 반응 면적을 증대시키고, 점도가 높은 준 고체 또는 고체 전해질의 높은 이동 경로를 제공함으로써, 염료감응 태양전지의 전류밀도 및 장기 안정성을 동시에 향상시킬 수 있다.
탄소나노튜브, 반도체 산화물, 전도성 투명 전극, 광 전극, 염료감응 태양전지
Description
본 발명은 탄소나노튜브 전극을 이용하여 전류밀도를 향상시킨 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
염료감응 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자 및 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물과, 전해질과, 양쪽에 위치한 전극으로 이루어져 있다. 이렇게 구성된 염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하며, 친환경적 공정을 가짐으로써 차세대 전원의 자가충전용으로 각광을 받고 있다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 작동 원리를 보여주는 설명도로서 반도체 산화물 전극 (11)에 흡착된 염료 (12)가 태양광을 흡수하여 바닥 상태 (ground state, D+/D)에서 들뜬 상태 (excited state, D+/D*)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며, 들뜬 상태의 전자는 반도체 산화물의 전도띠 (conduction band, ECB)로 주입된다. 반도체 산화물 전극 (11)으로 주입된 전자는 입자 간 계면을 통하여 투명 전도성 기판 (13)으로 전달되고, 다시 외부 전선 (14)을 통하여 백금층 (16)이 코팅된 상대 전극 (15)으로 이동된다. 반도체 산화물 전극 (11)과 상대 전극 (15) 사이에는 산화-환원 쌍 (17)을 포함한 전해질이 주입되어 있다. 태양광 흡수에 의해 산화된 염료 (12)는 산화-환원 쌍 (17)에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, 이때 전자를 공급한 산화-환원 쌍 (17)은 상대 전극 (15)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지의 작동 과정이 완성된다. 또한, 투명 전도성 기판 (13)과 상대전극 (15)에는 부하 (L)가 직렬 연결되어 단락 전류, 개방 전압, 충진 계수 등을 측정함으로써 전지의 효율을 알 수 있다. 이와 같이, 광 흡수에 의한 전자 전이 결과로 산화된 염료 분자 [D→D(+)]는 산화-환원 전해질 내의 요오드 이온의 산화 [3I(-1)→I3(-1)+2(e-)]에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, I3(-1) 이온은 플라티늄 상대 전극에 도달한 전자 (e-)에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지 작동 과정이 완성된다. 광 전류는 반도체 산화물 전극으로 주입된 전자의 확산에 의한 결과로써 얻어지며, 광 전압은 반도체 산화물의 페르미 에너지와 전해질의 산화-환원 전위의 차이에 의해 결정된다.
현재까지 알려진 염료감응 태양전지의 대표적인 예는 1991년 스위스 그라첼 (Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있으며 (US 4,927,721 및 US 5,350,644), 이는 감광성 염료 분자와 나노입자 산화티타늄으로 이루어져 있는 태양전지로서 기존의 태양전지에 비하여 제조 단가가 저렴하다는 이점이 있다. 지금까지 잘 알려진 염료 감응 나노입자 산화물 태양전지는 나노입자 산화물 반도체 음극, 백금 양극, 상기 음극에 코팅된 염료 및 유기 용매를 사용한 산화-환원 액상 전해질로 구성되어 있다. 그러나, 염료로부터 반도체 산화물 전극으로 주입된 전자가 전도성 기판으로 이동할 때 산화티타늄 나노입자 계면을 통하여 이동함으로써 전자의 수명 (lifetime)이 줄어들게 되고, 결과적으로 전자의 확산 거리 (diffusion length)가 짧아짐으로써 효율의 향상에 제한적인 요소로 작용되어 왔다. 뿐만 아니라, 산화물 입자의 낮은 용해도 및 뭉침 현상으로 인한 광 전극의 밀집된 구조는 점성이 높은 준 고체 또는 고체 전해질의 침투에 제한적 요소로 작용되어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 전자 전달이 뛰어나면서도 점도가 높은 전해질이 쉽게 침투할 수 있는 광 전극의 구조에 관한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 현재까지 알려진 대표적인 연구 예는 2007년 버클리 대학의 Peidong Yang 그룹에 의해 발표된 것 (Nature Materials 2005, 4, 455~459)으로 나노막대 구조의 전극을 제안하였다. 하지만, 광 전극과 전도성 전극 사이에 존재하는 배리어 (barrier)층은 전자 전달의 이동을 방해함으로써 태양전지의 전류밀도의 향상에 제한적인 요소로 작용한다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은,
(1) 전도성 투명 전극과 광 전극 사이에 배리어가 존재하지 않도록 함으로써 전기 전도도 및 전류밀도를 향상시키고,
(2) 광 전극의 기공도를 확보하여 점도가 높은 준 고체 또는 고체 전해질의 이동을 용이하게 해주며,
(3) 광 전극을 이루는 반도체 산화물의 지지 구조를 제공하여 기판의 구부러짐과 같은 변형 시 반도체 산화물의 크랙을 억제하는 데에 있다.
이러한 목적들은 다음의 본 발명의 구성에 의하여 달성될 수 있다.
(1) 투명 기판의 내측 면상에, 탄소나노튜브 (carbon nanotube; CNT)를 포함하여 이루어진 전도성 투명 전극이 형성된 투명 전도성 기판과;
상기 전도성 투명 전극 상에 형성된 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 다공층과, 이 다공층의 탄소나노튜브에 코팅된 제1 반도체 산화물과, 이 제1 반도체 산화물에 흡착된 염료 분자를 포함하여 이루어진 광 전극과;
상기 투명 전도성 기판과 대향하는 대전극 기판과;
상기 두 기판 사이에 충전된 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
(2) 투명 기판 위에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 전도성 투명 전극을 형성하여 투명 전도성 기판을 제조하는 단계와;
상기 전도성 투명 전극 위에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 다공층을 형성하고, 이 다공층의 탄소나노튜브에 제1 반도체 산화물을 코팅한 다음, 이 제1 반도체 산화물에 염료 분자를 흡착시켜 광 전극을 형성하는 단계와;
상기 투명 전도성 기판과 대향하도록 대전극 기판을 위치시키고, 상기 두 기판 사이에 전해질을 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
본 발명에 의하면,
첫째, 탄소나노튜브의 전도성 및 튜브 구조 특성을 이용하여 동일한 소재의 전도성 투명 전극 및 광 전극을 일체형으로 제조함으로써, 염료 분자로부터 반도체 산화물 전극으로 주입된 전자를 외부 회로로 빠르게 전달시켜 태양전지의 전류밀도를 향상시킬 수 있고, 태양전지의 작동 효율 및 장기 안정성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 반도체 산화물이 코팅된 탄소나노튜브 전극은 기존의 산화티타늄 입자로 이루어진 전극보다 뛰어난 전자 전달 통로를 가짐으로써, 광 전극의 두께를 증가시킬 수 있고, 결과적으로 많은 양의 염료 분자를 흡착시킬 수 있게 되므로 태양전지의 전류밀도를 향상시킬 수 있다.
셋째, 두꺼운 두께 (가령, 1∼20 ㎛)를 가지는 다공성 구조의 탄소나노튜브 전극은 점도가 높은 전해질이 쉽게 들어갈 수 있는 공간을 충분히 제공함으로써, 고체형 태양전지에 적합하며 이로써 태양전지의 장기 안정성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 탄소나노튜브 전극을 고분자 기판에 코팅하여 사용할 경우 탄소나노튜브 전극이 산화물 전극의 지지체 역할을 해주므로, 기판의 구부러짐 등의 변형 시 산화물의 크랙을 억제시켜 전류밀도의 감소를 막아줄 수 있다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 실시 상태를 상세히 설명하겠다.
도 2에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지는, 투명 전도성 기판 (20)과, 광 전극 (30)과, 대전극 기판 (40)과, 전해질 (50)을 포함하여 이루어진다.
상기 투명 전도성 기판 (20)은 투명 기판 (21)의 내측 면 (도면상 상면) 상에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 전도성 투명 전극 (22)이 형성된 구조를 갖는다. 상기 투명 기판 (21)으로는 유리 기판 또는 유연성 (flexible) 고분자 기판이 사용될 수 있다. 본 발명에서 전도성 투명 전극 (22)으로 사용되는 탄소나노튜브는 단일 벽 (single wall), 이중 벽 (double wall), 얇은 다중 벽 (thin multiwall), 또는 다중 벽 (multi wall)을 갖는 탄소나노튜브일 수 있으며, 그 종류를 제한하지 않는다.
또한, 상기 광 전극 (30)은 상기 전도성 투명 전극 (22) 상에 형성된 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 다공층 (31)과, 이 다공층 (31)의 탄소나노튜브에 코팅된 제1 반도체 산화물 (32)과, 이 제1 반도체 산화물 (32)에 흡착된 염료 분자 (33)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 상기 다공층 (31)을 형성하는 탄소나노튜브는, 상기 전도성 투명 전극 (22)에서와 마찬가지로, 단일 벽 (single wall), 이중 벽 (double wall), 얇은 다중 벽 (thin multiwall), 또는 다중 벽 (multi wall)을 갖는 탄소나노튜브일 수 있으며, 그 종류를 제한하지 않는다.
본 발명은 상기 투명 기판 (21) 위에 탄소나노튜브를 이용하여 전도성 투명 전극 (22)과, 광 전극 (30)을 구성하는 다공층 (31)을 일체형으로 제조하는 데에 그 특징이 있다. 즉, 본 발명에서의 탄소나노튜브 전극은, 20∼50 ㎚ 두께의 밀집된 구조로 제조하여 상기 전도성 투명 전극 (22)의 역할을 하는 부분과, 1∼20 ㎛ 두께의 다공성 구조로 제조한 뒤 제1 반도체 산화물 (32)을 코팅시켜 광 전극 (30) 역할을 하는 부분으로 나눌 수 있다. 이와 같이, 광 전극 (30)과 전도성 투명 전극 (22)을 구성하는 탄소나노튜브가 기공도만 달리하여 일체형으로 연결되어 있으므로, 상기 염료 분자 (33)로부터 상기 제1 반도체 산화물 (32)로 주입된 전자가 외부 회로로 빠르게 전달될 수 있다. 또한, 상기 광 전극 (30)은 기공도가 높은 다공성 구조를 가지므로, 점도가 높은 준 고체 또는 고체 전해질이 쉽게 침투할 수 있는 경로를 제공하여 태양전지의 장기 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 전도성 투명 전극 (22)은 50 % 이상의 치밀도를 가지도록 조절하는 것이 바람직하고, 투명도는 80 % 이상인 것이 바람직하다. 치밀도가 50 % 미만이면 효과적인 전자 전달이 이루어지지 못하고, 투명도가 80 % 미만이면 태양전지의 효율이 떨어지는 문제가 일어난다.
상기 다공층 (31)의 기공도는 상기 전도성 투명 전극 (22)의 기공도보다 크 도록 조절되고, 상기 광 전극 (30)의 기공도가 20∼50 %가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 기공도가 20 % 미만이면 점도가 높은 전해질의 침투를 방해하여 장기 안정성이 저해되며, 50 %를 초과하면 염료 흡착량이 적어 효율이 떨어지는 문제가 일어난다. 또한, 상기 다공층 (31)의 평균 두께는 1∼20 ㎛인 것이 바람직하다. 1 ㎛ 미만이면 염료 흡착량이 적어 효율이 떨어지고, 20 ㎛보다 두꺼우면 전자의 이동 경로가 길어져 역시 효율이 떨어지는 문제가 일어난다.
상기 제1 반도체 산화물 (32)로는 Ti산화물, Zr산화물, Sr산화물, Zn산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Mo산화물, W산화물, Sn산화물, Nb산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 복합물이 사용될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 염료 분자 (33)는 루테늄 (ruthenium)계 염료 혹은 쿠마린 (coumarin)계의 유기 염료가 사용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 대전극 기판 (40)은 상기 투명 전도성 기판 (20)에 대향하도록 위치한다. 상기 대전극 기판 (40)은 투명 기판 (41)의 내측 면 (도면상 하면) 상에 전도성 박막 (42)이 형성되고, 상기 전도성 박막 (42) 상에 백금층 (43)과 같은 상대 전극이 형성된 구조를 갖는다. 여기서, 상기 전도성 박막 (42)으로는 ITO (indium tin oxide), F가 도핑된 이산화주석 (FTO)(F-doped SnO2), 혹은 ITO 위에 ATO (Antimony Tin Oxide) 또는 FTO가 코팅된 형태가 사용될 수 있다.
또한, 상기 두 기판 (20, 40) 사이에는 전해질 (50)이 충전되어 있으며, 상기 투명 전도성 기판 (20)과 상기 대전극 기판 (40) 사이는 전해질이 새어 나오지 않도록 열가소성 고분자 (60)와 같은 스페이서로 밀봉되어 있다. 본 발명에서는 상기 광 전극 (30)의 높은 기공도로 인하여 액체 전해질뿐만 아니라, 점성이 높은 준 고체 또는 고체 전해질을 사용할 수도 있다.
한편, 도시되진 않았지만, 상기 투명 기판 (21)과 상기 전도성 투명 전극 (22) 사이에 제2 반도체 산화물을 포함하여 이루어진 차단층 (blocking layer)이 형성되는 것이 바람직하다. 이 차단층은 상기 투명 기판 (21)과 상기 전도성 투명 전극 (22)의 접촉을 좋게 하도록 접착층의 역할을 수행함과 동시에, 전자의 전달을 원활히 하며 전달 전자의 누출을 방지하는 역할도 수행한다. 이 경우, 상기 제2 반도체 산화물은 상기 제1 반도체 산화물과 동종 또는 이종 물질일 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조 방법에 대하여 살펴보겠다.
먼저, 투명 기판 (21) 위에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 전도성 투명 전극 (22)을 형성하여 투명 전도성 기판 (20)을 제조한다.
여기서, 상기 전도성 투명 전극 (22)은 스프레이 코팅 (spray coating), 스핀 코팅 (spin coating), 담금 코팅 (dip-coating), 전기영동 침전 (electrophoretic deposition), 진공 여과 (vacuum filtration), 에어브뤄싱 (airbrushing) 및 닥터 블레이드 (doctor blade)법 중의 어느 한 방법에 의해 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 전도성 투명 전극 (22) 위에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 다공층 (31)을 형성하고, 이 다공층 (31)의 탄소나노튜브에 제1 반도체 산화물 (32)을 코팅한 다음, 이 제1 반도체 산화물 (32)에 염료 분자 (33)를 흡착시켜 광 전극 (30)을 형성한다.
여기서, 상기 다공층 (31)은, 상기 전도성 투명 전극 (22)과 마찬가지로, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 담금 코팅, 전기영동 침전, 진공 여과, 에어브뤄싱 및 닥터 블레이드법 중의 어느 한 방법에 의해 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 전도성 투명 전극 (22) 및 상기 다공층 (31)은 별도 공정을 통해 제조할 수도 있지만, 동일 공정을 통해 기공도만 달리하여 형성할 수도 있다.
또한, 상기 제1 반도체 산화물 (32)은 화학 기상 증착, 전기 화학 증착, 스핀 코팅, 스퍼터링 및 딥핑법 중의 어느 한 방법에 의해 형성할 수 있다.
그 다음, 상기 투명 전도성 기판 (20)과 대향하도록 대전극 기판 (40)을 위치시키고, 상기 두 기판 (20, 40) 사이에 전해질을 충전한다. 이 경우, 상기 광 전극 (30)의 공극에 액체, 준 고체 또는 고체 전해질을 삽입할 때 감압 진공 펌프를 사용할 수도 있다.
한편, 상기 전도성 투명 전극 (22)의 형성 전에, 상기 투명 기판 (21) 위에 제2 반도체 산화물을 포함하여 이루어진 차단층 (도시되지 않음)을 형성할 수도 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.
실시예
1. 탄소나노튜브를 이용한 전도성 투명 전극 및 광 전극의 제조
도 3에 따라, 먼저 1.5 × 2 ㎠의 크기로 자른 투명 유리 기판을 에탄올에 담그고 초음파 세척기를 이용하여 20분간 세척하였다.
투명 유리 기판 위에 접착제 역할을 해주는 산화티타늄 층을 형성하기 위해, 5 wt% 농도의 타이타늄 비스에틸아세토아세테이토-디이소프로폭사이드 (Ti(IV) bis(ethyl acetoacetato)-diisopropoxide, Aldrich) / 부탄올 용액을 스핀코팅 (1st: 500 rpm, 5 sec; 2nd: 1000 rpm, 5 sec; 3rd: 2000 rpm, 40 sec)한 다음, 공기 분위기에서 450 ℃에서 30분간 열처리한 후 자연 냉각시켰다.
다음으로, 탄소나노튜브 투명 전극을 제조하기 위해서 탄소나노튜브를 디메틸포름아미드 (dimethylformamide)(5 mg/ml) 용액에 소니케이션을 사용하여 균일하게 분산시킨 다음, 균일한 용액을 유리 기판 위에 에어브뤄시를 사용하여 스프레이 코팅하였다. 그 후에 유리기판을 150 ℃까지 가열해서 디메틸포름아미드 용액을 날려보냈다.
그 다음, 다공성 구조의 광 전극을 제조하기 위하여 탄소나노튜브 페이스트를 제조하여 닥터 블레이드 방법으로 코팅한 다음, 공기 분위기에서 450 ℃에서 30 분간 열처리한 후 자연 냉각시켰다. 상기 탄소나노튜브 페이스트는, 60분간 산 처리한 탄소나노튜브 0.5 g을 첨가한 에탄올 용액(20ml)에 0.1 M 터핀올 (terpineol), 0.01 M 에틸셀룰로스 (Ethyl cellulose), 0.01 M 라울릭 산 (Laulic acid)를 첨가하여 50 ℃, 300 rpm, 24시간 처리하여 제조하였다.
이어서, 태양전지에 응용할 광 전극을 제조하기 위하여 0.2 M 농도의 사염화티탄 (TiCl4) 수용액에 앞서 제조한 탄소나노튜브 전극을 50 ℃, 6시간 동안 함침시킨 후, 공기 분위기에서 450 ℃에서 30분간 열처리한 후 자연 냉각시켰다. 결과적으로 다공성과 치밀성의 이중적인 구조를 가지는, 산화티타늄 코팅된 탄소나노튜브 전극을 제조할 수 있었다.
2. 탄소나노튜브 전극을 이용한 염료감응 태양전지의 제조
도 4에 따라, 상기 산화티타늄 코팅된 탄소나노튜브 전극을 염료 용액에 24시간 동안 담가서 염료 분자를 흡착시켰다. 본 실험에서는 0.5 mM 농도의 N719(Solaronix)/에틸 알코올 용액을 사용하였다.
상대 전극인 백금층을 형성시키기 위해 10 mM 농도의 헥사클로로플라티늄산 (H2PtCl6·xH2O, Aldrich) / 이소프로필 알코올 용액을 투명 전도성 기판 위에 스핀코팅 (1st: 500 rpm, 5 sec; 2nd: 1000 rpm, 5 sec; 3rd: 2000 rpm, 40 sec)한 후, 공기 분위기에서 450 ℃에서 30분간 열처리한 후 자연 냉각시켰다.
전해질 용액은 요오드계 산화-환원 쌍을 갖는 액체 전해질, 예를 들어 0.6 M 의 1,2-디메틸-3-헥실-이미다졸리움 아이오다이드 (1,2-dimethyl-3-hexyl-imidazolium iodide), 0.2 M의 리튬 아이오다이드 (lithium iodide)와 0.1 M의 아이오딘 (iodine, I2)을 아세토나이트릴 (acetonitrile)과 3-메톡시프로피오나이트릴 (3-methoxypropionitrile)를 1:1로 혼합한 용액에 용해시킨 후 사용하였으며, 개방 전압을 높여주기 위한 첨가제로 4-터셔리-부틸 피리딘 (4-tertiary-butyl pyridine)을 0.5 M 농도로 첨가하였으며, 전해질 용액이 새어 나오지 않도록 하기 위한 열 가소성 고분자 (25 ㎛ 두께, Surlyn)를 사용하였다.
이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 작동 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 코팅된 탄소나노튜브 전극을 이용한 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 투명 전극 및 광 전극 제조 방법을 도시한 흐름도,
도 4는 도 3에 따라 제조된 탄소나노튜브 전극을 이용한 염료감응 태양전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
Claims (15)
- 투명 기판의 내측 면상에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 전도성 투명 전극이 형성된 투명 전도성 기판과;상기 전도성 투명 전극 상에 형성된 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 다공층과, 이 다공층의 탄소나노튜브에 코팅된 제1 반도체 산화물과, 이 제1 반도체 산화물에 흡착된 염료 분자를 포함하여 이루어진 광 전극과;상기 투명 전도성 기판과 대향하는 대전극 기판과;상기 두 기판 사이에 충전된 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 다공층은 상기 전도성 투명 전극보다 기공도가 크고, 상기 전도성 투명 전극과 상기 다공층은 일체형으로 연결된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 기판과 상기 전도성 투명 전극 사이에 제2 반도체 산화물을 포함하여 이루어진 차단층 (blocking layer)이 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 반도체 산화물과 상기 제2 반도체 산화물은 동종 물질인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 다공층의 평균 두께는 1∼20 ㎛인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 광 전극의 기공도는 20∼50 %인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일 벽 (single wall), 이중 벽 (double wall), 얇은 다중 벽 (thin multiwall), 또는 다중 벽 (multi wall)을 갖는 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 반도체 산화물은 Ti산화물, Zr산화물, Sr산화물, Zn산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Mo산화물, W산화물, Sn산화물, Nb산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 복합물인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전해질은 액체, 준 고체 또는 고체인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리 기판 또는 유연성 (flexible) 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 투명 기판 위에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 전도성 투명 전극을 형성하여 투명 전도성 기판을 제조하는 단계와;상기 전도성 투명 전극 위에, 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 다공층을 형성하고, 이 다공층의 탄소나노튜브에 제1 반도체 산화물을 코팅한 다음, 이 제1 반도체 산화물에 염료 분자를 흡착시켜 광 전극을 형성하는 단계와;상기 투명 전도성 기판과 대향하도록 대전극 기판을 위치시키고, 상기 두 기판 사이에 전해질을 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 전도성 투명 전극 및 상기 다공층은 각각 스프레이 코팅 (spray coating), 스핀 코팅 (spin coating), 담금 코팅 (dip-coating), 전기영동 침전 (electrophoretic deposition), 진공 여과 (vacuum filtration), 에어브뤄싱 (airbrushing) 및 닥터 블레이드 (doctor blade)법 중의 어느 한 방법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제1 반도체 산화물은 화학 기상 증착, 전기 화학 증 착, 스핀 코팅, 스퍼터링 및 딥핑법 중의 어느 한 방법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 전도성 투명 전극의 형성 전에, 상기 투명 기판 위에 제2 반도체 산화물을 포함하여 이루어진 차단층을 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 전도성 투명 전극 및 상기 다공층은 동일 공정을 통해 기공도만 달리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
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