KR101026418B1 - 광전극 및 이의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
광전극은 전극 및 상기 전극 상에 형성되고 표면에 음이온이 흡착된 산화물 반도체 입자를 포함한다. 흡착된 음이온은 산화물 반도체 입자 내의 전자가 반도체와 전해질 계면을 통하여 손실되는 것을 방지한다. 따라서 광전극의 효율을 향상시킬 수 있다.
산 처리, 반도체, 광전극, 태양전지
Description
본 발명은 광전극 및 이의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 광전극에 포함되는 반도체 산화물의 성질이 향상된 전극 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.
염료감응 태양전지는 태양광을 흡수하여 전자를 여기하는 염료, 전해질, 투명 전극, 다공성 막 등을 포함하며 자연상태의 광합성 원리를 응용하는 전지이다.
도 1은 종래의 염료감응 태양전지의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다. 염료감응 태양전지의 음극은 유리기판상에 형성된 투명 도전막(2)과 이산화티탄과 같은 산화물 반도체 나노 입자로 이루어진 산화물 반도체막(3)으로 구성된다. 산화물 반도체막(3)상에는 염료 고분자(4)가 흡착 등의 방법으로 제공된다. 상기 염료 감응 태양 전지의 반대전극(상대전극 또는 대향전극;(5))으로는 통상적으로 백금과 같은 물질이 사용되며 유리기판상에 제공된다. 음극과 상대전극이 합착된 사이에는 전해질(6)이 제공된다.
염료에 의한 광전현상에 관해서는 1887년 비엔나 대학의 모세르(Moser) 박사 에 의해 보고된 이후 꾸준히 연구되어 왔으며, 현재는 1993년 에콜 폴리테크 페데랄(Ecole Polytechnique Federale)의 그라첼(Gratzel) 교수의 연구팀에 의해 보고된 Ru계 염료와 I-/I3 - 전해질을 사용한 10 % 대의 최고 효율을 지닌 통칭 그라첼(Gratzel) 전지가 주로 연구되고 있다.
도 2는 일반적인 염료감응 태양전지의 개략적인 구동 원리를 나타낸 도면이다. 염료감응 태양전지의 작동원리는 다음과 같다. 태양광이 전지에 입사하여 염료를 여기 시켜서 전자-홀 쌍을 형성하고, 생성된 전자가 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 반도체 산화물을 지나 투명 전도성막으로 이동하여 외부로 나가게 된다. 외부에 전기에너지를 전달한 전자는 상대전극에서 전해질의 산화/환원 반응에 의해 염료고분자의 홀과 결합하게 된다. 즉, 염료감응 태양전지의 효율은 전자가 생성되는 반도체 산화물 및 염료의 성질에 따라 변화하게 되므로 반도체 산화물 및 염료의 성질을 향상시키기 위해 반도체 산화물 표면의 성질을 향상시키는 것이 염료감응 태양전지의 효율과 관련이 있다.
본 발명의 일 목적은 광전극에 산 처리를 적용하여 효율이 증가된 광전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 효율이 증가된 광전극을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 광전극은 전극 및 상기 전극 상에 형성되고 표면에 음이온이 흡착된 산화물 반도체 입자를 포함한다.
상기 음이온은 BO3 3-, PO4 3-, NO2 -, NO3 -, SO3 2-, SO4 2-, S2O3 2- 이온일 수 있다. 상기 산화물 반도체 입자 표면에는 광감응 물질이 더 흡착되어 있을 수 있다. 상기 반도체 입자에는 양이온(proton) 또한 흡착되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광전극의 형성 방법을 제공한다. 전극 상에 산화물 반도체 입자를 포함하는 반도체 산화막을 도포한다. 상기 산화물 반도체 입자 표면에 음이온 및 양이온을 흡착시킨다.
상기 음이온 및 양이온을 흡착시키는 단계는 상기 반도체 산화막이 도포된 전극을 산 처리하여 수행될 수 있다. 상기 산 처리하는 산은 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아질산(HNO2), 질산(HNO3), 아황산(H2SO3), 황산(H2SO4), 싸이오황 산(H2S2O3) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물 반도체 입자를 포함하는 광전극을 형성하는 방법에 있어서, 상기 산화물 반도체 입자 표면에 음이온을 흡착하기 위해 광감응 물질을 흡착하기 이전에 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아질산(HNO2), 질산(HNO3), 아황산(H2SO3), 황산(H2SO4), 싸이오황산(H2S2O3) 중 어느 하나에 상기 광전극을 담지하여 광전극을 형성한다.
본 발명에 따르면, 광전극에 보다 많은 광감응 물질이 부착되고, 산화물 반도체 입자 내부의 전자가 외부로 방출되지 않아 광전극의 효율이 향상될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합 한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
산 처리된 광전극 제조
산화물 반도체, 예컨대 이산화티탄 나노 입자와 같은 분말을 전극 위에 막을 형성하기 위한 전구체를 제조한다. 예를 들어, 상기 전극은 전극(120)은 FTO, ITO, ATO, AZO, Ga doped ZnO (GZO) 같은 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유리기판에 형성된 FTO (fluorine-doped tin oxide) 투명 전극 위에 이산화티탄 나노입자 전구체를 도포한다. 그러나 이에 제한되지 않고, 전극은 산에 의해 부식되지 않는 물질을 포함할 수 있다. 상기 도포 하는 방법은 스핀 코팅, 스크린 프린팅 및 닥터 블레이드 등의 통상의 코팅법에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 스크린 프린팅법을 사용하여 투명전극 상에 이산화티탄 나노입자 전구체를 형성한다. 형성된 전구체의 소성과 부착을 위해 공기 중에서 열처리를 할 수 있다. 상기 열처리는 다공성 막 내부의 유기물을 태워 날릴 수 있는 적절한 온도와 분위기에서 수행된다. 예를 들어, 유리기판이 연화되지 않는 온도, 예컨대 약 600℃이하에서 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 약 450℃의 온도에서 상기 전구체를 열처리한다.
전극 상에 이산화티탄 전구체를 도포한 구조를 광전극이라 한다. 상기 광전극을 산 처리한다. 이 때 가능한 산의 종류로는 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아질산(HNO2), 질산(HNO3), 아황산(H2SO3), 황산(H2SO4), 싸이오황산(H2S2O3) 등이 있다. 각종 산의 희석액을 준비하고 산 처리에 알맞은 최적 온도를 유지한다. 준비된 산 희석액에 상기 광전극을 담지한다. 이 때 희석액의 농도는 0.1몰 이상 0.5몰 이하인 것이 바람직하다. 담지하는 시간은 5분 이상 15분 이하이고, 담지 온도는 50도 이상 80도 이하인 것이 바람직하다. 다만 산의 종류마다 담지하는 온도 및 최적 시간은 조금씩 다르나 본 기술 분야에 속하는 일반적인 지식을 가진자는 실험 및 공지된 문헌을 통해 이를 알 수 있다. 일정 시간 담지 후에 광전극을 꺼내어 증류수 등으로 수차례 세척하고, 건조하여 산 처리된 광전극을 제조한다. 산 처리를 하는 경우 이산화티탄 막의 표면이 양자화(protonated) 되어서 표면이 보다 양전하를 띄게 된다. 이에 따라, 양전하가 루테늄 계 염료 말단의 카르복실기를 보다 강하게 당기기 때문에 보다 많은 염료가 흡착하게 된다. 또한, 상기 산 처리를 통해 음이온이 이산화티탄 전구체의 표면에 흡착된다. 그러나 모든 산 처리를 통해 음이온이 이산화티탄 전구체 표면에 흡착되는 것은 아니다. 예를 들어, 질산(HNO3)에 광전극 을 담지하는 경우, 광전극 표면에 NO3 - 이온을 흡착한다. 그러나, 염산(HCl)에 광전극을 담지한 경우 Cl- 이온은 광전극 표면에 남아있지 않는다. 이는 도 7을 통해 확인할 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.
음이온을 이산화티탄 전구체 표면에 흡착시키고, 염료를 코팅한 경우 광전극의 성질이 향상된다. 음이온은 이산화티탄 전구체 표면에 흡착되어 이산화티탄 전구체로부터 전자가 외부로 방출되는 것을 방지한다. 이에 따라, 음이온이 흡착된 광전극을 염료감응 태양전지에 사용하는 경우, 에너지 효율이 향상될 수 있다. 또한 상기 광전극은 양자점 태양전지, 유기 태양전지, 광전촉매 시스템(유기물 분해, 물분해), 리튬 전지와 같은 이차전지에도 응용될 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 광을 제공받아 전자를 생성하는 원리가 적용되는 모든 전극에 적용이 가능하다. 음이온으로 인한 광전극의 효율 향상에 대한 실험 데이터 및 효과는 뒤에 보다 자세하게 설명한다.
도 3은 질산 처리 및 염료 흡착된 광전극의 표면의 개략적인 도면이다.
도 3을 참조하면, 질산 처리 후 염료가 코팅된 광전극은 유리 기판(10), 유리 기판(10)상에 형성된 투명 전극(20), 투명 전극(20) 상에 도포된 이산화티탄 전구체(30), 이산화티탄 전구체(30) 표면에 흡착된 NO3 - 이온(60) 및 염료 입자(40)를 포함한다. 도시되지는 않았으나, 투명 전극(20) 상에 NO3 - 이온(60)이 흡착할 수도 있으며, H+ 이온은 도시되지 않았다.
광전극을 질산 처리한 다음 염료 입자(40)를 이산화티탄 전구체(30)에 흡착하는 경우, 염료 입자(40)의 카르복실 그룹이 NO3 - 이온(60)에 비해 이산화티탄 전구체(30)와 강한 친화도를 갖기 때문에 NO3 - 이온(60)은 염료가 이산화티탄 전구체(30)에 흡착하는 것을 방해하지 않는다. 즉 광전극을 질산 처리한 다음 염료 입자(40)를 이산화티탄 전구체(30)에 흡착하는 경우, NO3 - 이온(60)의 일부가 염료 입자(40)로 대체될 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시한 것과 같은 구조의 광전극이 형성된다.
상기 산 처리된 광전극을 이용하여, 도 1에 설명된 것과 실질적으로 동일한 구조의 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 이러한 염료감응형 태양전지를 제작하는방법은 통상적인 방법을 따랐다.
이하, 본 발명의 실험예를 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실험예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실험예1
유리기판에 형성된 FTO (fluorine-doped tin oxide) 투명 전극 위에 이산화티탄 나노입자 전구체를 스크린 프린팅 기법으로 도포하였다. 상기 도포된 전구체 및 투명 전극을 약 450℃의 온도에서 상기 전구체를 열처리하였다. 투명전극 상에 이산화티탄 전구체를 도포한 구조를 광전극이라한다. 상기 열처리한 광전극을 약 0.1M 질산 희석액에 약 10분 동안 담지하였다. 이 때 희석액의 온도는 약 70 oC를 유지 하였다. 10분간의 담지 이후, 광전극을 증류수로 수차례 세척하고 약 70 oC에서 건조하였다.
실험예 2
유리기판에 형성된 FTO (fluorine-doped tin oxide) 투명 전극 위에 이산화티탄 나노입자 전구체를 스크린 프린팅 기법으로 도포하였다. 상기 도포된 전구체 및 투명 전극을 약 450℃의 온도에서 상기 전구체를 열처리하였다. 투명전극 상에 이산화티탄 전구체를 도포한 구조를 광전극이라한다. 상기 열처리한 광전극을 0.1M 염산 희석액에 약 10분 동안 담지하였다. 이 때 희석액의 온도는 약 70 oC를 유지 하였다. 10분간의 담지 이후, 광전극을 증류수로 수차례 세척하고 약 70 oC에서 건조하였다.
실험예 3
유리기판에 형성된 FTO (fluorine-doped tin oxide) 투명 전극 위에 이산화티탄 나노입자 전구체를 스크린 프린팅 기법으로 도포하였다. 상기 도포된 전구체 및 투명 전극을 약 450℃의 온도에서 상기 전구체를 열처리하였다. 투명전극 상에 이산화티탄 전구체를 도포한 구조를 광전극이라한다. 상기 열처리한 광전극을 0.1M 인산 희석액에 약 10분 동안 담지하였다. 이 때 희석액의 온도는 약 70 oC를 유지 하였다. 10분간의 담지 이후, 광전극을 증류수로 수차례 세척하고 약 70 oC에서 건조하였다.
실험예 4
유리기판에 형성된 FTO (fluorine-doped tin oxide) 투명 전극 위에 이산화티탄 나노입자 전구체를 스크린 프린팅 기법으로 도포하였다. 상기 도포된 전구체 및 투명 전극을 약 450℃의 온도에서 상기 전구체를 열처리하였다. 투명전극 상에 이산화티탄 전구체를 도포한 구조를 광전극이라한다. 상기 열처리한 광전극을 0.1M 황산 희석액에 약 10분 동안 담지하였다. 이 때 희석액의 온도는 약 70 oC를 유지 하였다. 10분간의 담지 이후, 광전극을 증류수로 수차례 세척하고 약 70 oC에서 건조하였다.
비교예 1
유리기판에 형성된 FTO (fluorine-doped tin oxide) 투명 전극 위에 이산화티탄 나노입자 전구체를 스크린 프린팅 기법으로 도포하였다. 상기 도포된 전구체 및 투명 전극을 약 450℃의 온도에서 상기 전구체를 열처리하였다.
도 4는 실험예 1, 실험예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극 표면의 산소 1s 전자의 결합에너지 상태를 보여주는 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 4를 참조하면, 비교예 1의 경우 Ti-O 결합에 해당되는 530.2 eV의 결합에너지 피크만을 보였다. 실험예 1의 경우 Ti-OH에 해당하는 532.0 eV의 결합에너지 피크도 보였다. 실험예 1의 경우 Ti-OH에 해당하는 532.0 eV의 결합에너지 피크도 보였다. 특히 Ti-OH에 해당하는 결합에너지 피크는 실험예 1의 이산화티탄 막에서 더 크게 관찰되었다. 이는 산 처리를 통하여 이산화티탄 막의 표면이 수산화(hydroxylated) 되고 양자화(protonated) 되었다는 것을 증명한다. 이렇게 이산화티탄 막의 표면이 양자화 되어서 표면이 보다 양전하를 띄게 되면 루테늄 계 염료 말단의 카르복실기를 보다 강하게 당기기 때문에 보다 많은 염료가 흡착하게 된다. 실험예 1에 따른 이산화티탄 막의 경우가 Ti-O 결합 및 Ti-OH 결합에 해당하는 피크가 가장 큰 것을 알 수 있었다.
산 처리를 통해 이산화티탄에 보다 많은 염료가 흡착된다는 것은 도 5에서 확인할 수 있다. 도 5는 실험예 1, 실험예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극에 흡착된 염료의 UV-vis (Ultraviolet visible spectroscopy) 분광 측정을 한 결과 도면이다. 도 5를 참조하면, 비교예 1 보다 실험예 1 및 실험예 2에 따라 제조된 광전극에서 염료의 분광 특성 피크가 약 10% 정도 많이 검출되는 것을 통하여 확인할 수 있다.
도 6은 실험예 1, 실험예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극의 각 이산화티탄 입자의 FT-IR(Fourier-transform infrared) 분광 측정 그래프이다.
도 6을 참조하면, 비교예 1과 실험예 2에 따라 제조한 광전극의 이산화티탄 입자의 FTIR 그래프를 참조하면, N-O 결합에 관련된 피크가 존재하지 않는다. 그러 나, 실험예 1에 따라 제조한 광전극의 이산화티탄 입자의 FTIR 그래프를 참조하면, 약 1385nm의 파장에서 피크가 존재한다. 이는 광전극을 질산 처리하는 경우 NO3 - 이온이 이산화티탄 입자 표면에 흡착된다는 것을 의미한다. NO3 - 이온은 음이온으로, 음이온은 이산화티탄 전구체 표면에 흡착되어 이산화티탄 전구체로부터 전자가 외부로 방출되는 것을 방지한다. NO3 - 이온은 고분자 염료 물질에 비해 그 크기가 매우 작고 이산화티탄과 결합이 매우 강하기 때문에 도 3과 같이 이산화티탄 표면이 전해질과 직접 접촉하지 않도록 막아주는 역할을 한다. 또한 이산화티탄 내의 전하가 외부로 방출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 7은 실험예 2에 따라 제조된 광전극 표면의 Cl 2p 전자의 결합에너지 상태를 보여주는 XPS 스펙트럼이다.
도 7을 참조하면, 실험예 2에 따라 제조된 광전극 표면에 Cl-가 흡착되지 않았다는 것을 확인할 수 있다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 이산화티탄 입자를 포함하는 광전극을 산 처리하는 경우, 산의 종류에 따라, 이산화티탄 입자 표면에 음이온이 흡착될 수도 있고 되지 않을 수도 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이산화티탄 표면이 전해질과 직접 접촉하지 않도록 막기 위해 음이온을 이산화티탄 표면에 흡착하는 것이 요구되는 경우, 염산은 사용할 수 없다는 사실을 알 수 있다.
도 8은 실험예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극에서 전자의 life-time을 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 개방전압에 따른 전자의 life-time (response time)을 알 수있다. 질산 처리를 한 경우, 질산 처리를 하지 않은 경우에 비해 같은 개방전압에서 life-time이 더 긴 것을 알 수 있다. 이에 따라, 질산 처리를 할 경우, 이산화티탄과 전해질이 직접 접촉하는 것을 방지함으로써 염료감응 태양전지의 광전극 내의 전하수명이 증가한다는 사실을 확인할 수 있다.
도 9는 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3, 실험예 4 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극을 사용한 염료감응 태양전지의 전류 전압 특성 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 전류-전압 특성은 100 mW/cm2 의 태양광 입사 하에서 측정한 것이다. 표 1은 도 9의 전류-전압 곡선으로부터 얻을 수 있는 태양전지 구동 특성 인자들을 정리한 것이다.
상기 표 1에서 보여지는 바와 같이 산 처리를 통한 염료 흡착 증진이 염료감응 태양전지의 단락 전류를 증가시켜 광전변환 효율을 증대시키는 것을 알 수 있다. 염료감응 태양전지에서 개방전압이란 산화물 반도체의 페르미 에너지 레벨과 전해질의 산화/환원 반응 에너지 레벨의 차이로 정의되므로 페르미 에너지 레벨의 감소는 개방 전압과 관련있다. 염산 처리의 경우 개방전압이 감소하는데 이는 염산 처리를 함으로써 표면에 수소 이온이 흡착되어 이산화티탄의 페르미 에너지레벨을 감소시키기 때문이다. 페르미 에너지 레벨의 감소는 개방전압의 감소를 의미한다.
반면에, 질산 처리의 경우에는 개방전압의 변화가 없는데, 이는 전술하였듯이, 질산 처리 시에는 이산화티탄 표면에 NO3- 이온 역시 흡착되기 때문에, 전자가 전해질 쪽으로 새어나가는 것을 방지하여 전하 수명이 늘어나고, 따라서 이산화티탄 내의 전하 밀도가 증가하여, 수소 이온 때문에 감소했던 페르미 에너지레벨을 보상하여 다시 증가시키기 때문이다. 이는 인산, 황산 처리의 결과에서도 같은 경향을 보인다. 결과적으로, 질산, 인산, 황산 등의 처리를 하였을 경우 음이온의 흡착으로 인해, 염산이나 기타 산 처리에 비하여 광전극의 특성을 훨씬 크게 개선할 수 있고 따라서 이러한 광전극을 이용하면 기존에 비하여 훨씬 효율이 높은 염료감응 태양전지, 양자점 태양전지, 유기 태양전지, 광전촉매시스템, 리튬전지를 제작할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명을 적용하여 간단한 공정으로 반도체 광전극의 표면을 산 처리하여 광전극의 효율을 증대시킬 수 있다. 이 때 흡착된 음이온이 전자가 전해질 쪽으로 새어나가는 것을 방지한다. 따라서 이러한 광전극을 이용하면 기존에 비하여 훨씬 효율이 높은 염료감응 태양전지, 양자점 태양전지, 유기 태양전지, 광전촉매시스템, 리튬전지를 제작할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 개략적인 구동 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 질산 처리 및 염료 흡착된 광전극의 표면의 개략적인 도면이다.
도 4는 실험예 1, 실험예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극 표면의 산소 1s 전자의 결합에너지 상태를 보여주는 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 5는 실험예 1, 실험예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극에 흡착된 염료의 UV-vis (Ultraviolet visible spectroscopy) 분광 측정을 한 결과 도면이다.
도 6은 실험예 1, 실험예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극의 각 이산화티탄 입자의 FT-IR(Fourier-transform infrared) 분광 측정 그래프이다.
도 7은 실험예 2에 따라 제조된 광전극 표면의 Cl 2p 전자의 결합에너지 상태를 보여주는 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 8은 실험예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극에서 전자의 life-time을 보여주는 그래프이다.
도 9은 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3, 실험예 4 및 비교예 1에 따라 제조된 광전극을 사용한 염료감응 태양전지의 전류 전압 특성 결과를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 10: 유리 기판 2, 20: 투명 도전막
3: 산화물 반도체막 4: 염료
5: 반대전극 6: 전해질
30: 이산화티탄 입자 40: 염료 입자
50: 전자 60: NO3 - 이온
Claims (8)
- 전극; 및상기 전극 상에 형성되고 표면에 음이온이 흡착된 산화물 반도체 입자를 포함하는 산화물 반도체막을 포함하는 광전극(photoelectrode).
- 제1항에 있어서, 상기 음이온은 BO3 3-, PO4 3-, NO2 -, NO3 -, SO3 2-, SO4 2-, S2O3 2- 이온인 것을 특징으로 하는 광전극.
- 제1항에 있어서, 상기 산화물 반도체 입자 표면에는 광감응 물질이 더 흡착된 것을 특징으로 하는 광전극.
- 제1항에 있어서, 상기 반도체 입자에는 양이온(proton) 또한 흡착된 것을 특징으로 하는 광전극.
- 전극 상에 산화물 반도체 입자를 포함하는 반도체 산화막을 도포하는 단계; 및상기 산화물 반도체 입자 표면에 음이온 및 양이온을 흡착시키는 단계를 포함하는 광전극 형성 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 음이온 및 양이온을 흡착시키는 단계는 상기 반도체 산화막이 도포된 전극을 산 처리하는 것을 특징으로 하는 광전극 형성 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 산 처리하는 산은 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아질산(HNO2), 질산(HNO3), 아황산(H2SO3), 황산(H2SO4), 싸이오황산(H2S2O3) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광전극 형성 방법.
- 산화물 반도체 입자를 포함하는 광전극을 형성하는 방법에 있어서, 상기 산화물 반도체 입자 표면에 음이온을 흡착하기 위해 광감응 물질을 흡착하기 이전에 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아질산(HNO2), 질산(HNO3), 아황산(H2SO3), 황산(H2SO4), 싸이오황산(H2S2O3) 중 어느 하나에 상기 광전극을 담지하는 단계를 포함하는 광전극 형성 방법.
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