KR101086631B1 - Photoelectrode of dye-sensitized solar cell containing titanium oxide nanofiber and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 이소프로폭시드에 아세트산과 에탄올을 첨가하여 교반한 후, 고분자 용액을 첨가하여 전기방사 용액을 제조하는 단계; 상기 전기방사 용액을 전기방사하여 고분자/산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계; 상기 고분자/산화티타늄 나노섬유를 소성하여 산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계; 졸-겔 방법으로 합성된 산화티타늄 페이스트에 상기 산화티타늄 나노섬유를 첨가하여 산화티타늄 코팅액을 제조하는 단계; 및 상기 산화티타늄 코팅액을 ITO 또는 FTO 처리된 기판에 코팅한 후 열처리하여 광전극을 제조하는 단계;를 포함하는 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법은 높은 비표면적을 갖게 되어 염료의 흡착량을 증진시킴으로써 많은 광전자를 발생시킬 수 있는 광전극을 제조할 수 있고, 고효율의 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell, and more specifically, to a titanium isopropoxide by adding acetic acid and ethanol and stirring, adding a polymer solution to prepare an electrospinning solution; Preparing a polymer / titanium oxide nanofiber by electrospinning the electrospinning solution; Calcining the polymer / titanium oxide nanofibers to produce titanium oxide nanofibers; Preparing a titanium oxide coating solution by adding the titanium oxide nanofibers to a titanium oxide paste synthesized by a sol-gel method; It relates to a photoelectrode manufacturing method of a dye-sensitized solar cell to which the titanium oxide nanofibers are added. The photoelectrode manufacturing method of the dye-sensitized solar cell according to the present invention has a high specific surface area and can produce a photoelectrode capable of generating a large number of photoelectrons by increasing the adsorption amount of the dye, and highly efficient dye-sensitized solar cell There is an effect that can be prepared.
염료감응형 태양전지, 광전극, 산화티타늄 나노섬유, 전기방전 Dye-Sensitized Solar Cell, Photoelectrode, Titanium Oxide Nanofiber, Electric Discharge
Description
본 발명은 염료의 흡착량을 증가시키고, 발생된 광전자의 이동속도를 향상시켜 높은 전류밀도의 향상을 가져올 수 있어 에너지 변환 효율이 향상된 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있는 새롭게 개발된 광전극과 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is to increase the adsorption amount of the dye, and to improve the movement speed of the photoelectrons generated, resulting in a high current density improvement, and a newly developed photoelectrode capable of producing a dye-sensitized solar cell with improved energy conversion efficiency; It relates to a manufacturing method thereof.
염료 감응형 태양전지는 높은 변환 효율과 저비용으로 제조할 수 있는 새로운 타입의 태양전지로, 유기염료와 나노기술을 이용하여 고도의 에너지 효율을 갖도록 개발된 태양전지를 말한다. 염료 감응형 태양전지는 1971년 스위스 연방 기술원(EPFL) 화학과의 마이클 그랏젤 교수가 개발하였다. 국내에서는 한국전자통신연구원(ETRI)이 처음으로 10 ~ 20㎚ 크기의 산화물 표면에 유기 염료를 흡착해 수십 ㎛의 필름을 만들고 전극화하는데 성공하였다.Dye-sensitized solar cell is a new type of solar cell that can be manufactured at high conversion efficiency and low cost. It is a solar cell developed to have high energy efficiency using organic dyes and nanotechnology. Dye-sensitized solar cells were developed in 1971 by Professor Michael Graszel of the Swiss Federal Institute of Technology (EPFL). In Korea, the Korea Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) first succeeded in adsorbing organic dyes on the surface of oxides of 10-20 nm to make films of several tens of micrometers and to make electrodes.
염료 감응형 태양전지는 태양빛을 받으면 전기를 생산하는 염료를 이용해 전 기를 생산하는 시스템이다. 값싼 유기 염료와 나노 기술을 이용하여 저렴하면서도 고도의 에너지 효율을 갖도록 개발된 태양 전지로 실리콘을 사용하는 기존 태양전지에 비해 제조단가가 3분의1에서 최대 5분의1 수준으로 낮출 수 있다. 특히 유리에 활용했을 때 투명하고 다양한 색 구현이 가능하며, 가시광선을 투과시킬 수 있어 건물의 유리창이나 자동차 유리에 그대로 붙여 사용할 수도 있다. Dye-sensitized solar cells produce electricity by using dyes that produce electricity when they receive sunlight. Inexpensive organic dyes and nanotechnology make solar cells developed at low cost and high energy efficiency, and can reduce manufacturing costs from one-third to up to one-fifth as compared to conventional solar cells using silicon. In particular, when used for glass, it is possible to realize a variety of colors and transparent, and can transmit visible light, so it can be used as it is on a window of a building or automobile glass.
일반적으로, 염료 감응형 태양전지는 염료의 태양광 흡수 능력을 이용하여 화학적으로 발전을 일으키는 태양전지의 일종으로서, 투명한 유리기판에 금속산화물과 염료가 포함된 광전극, 전해질, 그리고 상대전극 등으로 구성되어 있다. 다공질 막의 형태로 존재하는 광 전극은 TiO2, ZnO, SnO2, WO3와 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 전이금속산화물 반도체로 구성되고, 이 표면에 단 분자 층의 염료가 흡착되어 있다. 태양광이 태양 전지에 입사되면 염료 속의 페르미 에너지 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기 된다. 이때, 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈자리는 전해질 속의 환원된 요오드 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 산화되어 광전극으로 이동하여 전자를 제공받게 된다. 이때, 상대전극은 전해질 속에 있는 이온의 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화 환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다. In general, a dye-sensitized solar cell is a type of solar cell that chemically generates power by using the solar absorption ability of the dye. The dye-sensitized solar cell is a photoelectrode, an electrolyte, and a counter electrode containing a metal oxide and dye on a transparent glass substrate. Consists of. The photoelectrode present in the form of a porous membrane is composed of an n-type transition metal oxide semiconductor having a wide bandgap such as TiO 2 , ZnO, SnO 2 , and WO 3 , on which a single molecule layer of dye is adsorbed. When sunlight enters the solar cell, electrons near the Fermi energy in the dye absorb the solar energy and are excited to higher levels where the electrons are not filled. At this time, the empty level of the lower level from which the electrons escape is filled again by the reduced iodine ions in the electrolyte providing the electrons. Ions that provide electrons to the dye are oxidized to move to the photoelectrode to receive electrons. In this case, the counter electrode acts as a catalyst for the redox reaction of the ions in the electrolyte and serves to provide electrons to the ions in the electrolyte through a redox reaction on the surface.
종래의 염료 감응형 태양전지에서는 에너지 변환 효율을 개선시키기 위하여 광전극 부분에 TiO2, ZnO, WO3, SiO2와 같은 물질을 적용하거나 그들의 입자 모양을 구형 모양이나 막대 형태를 제조하고 결정상을 바꾸는 방법을 적용하였으나 이와 같은 광전극 물질에 대한 개선 방법은 에너지 변환효율을 높이는데 한계가 있었다.In conventional dye-sensitized solar cells, materials such as TiO 2 , ZnO, WO 3 , and SiO 2 are applied to photoelectrode portions to improve energy conversion efficiency, or their particles are spherical or rod-shaped, and crystal phases are changed. Although the method is applied, the improvement method for the photoelectrode material has a limit in increasing the energy conversion efficiency.
이에 본 발명자들은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고자 높은 에너지 변환 효율을 가진 산화티타늄 광전극을 제조함에 있어 합성 산화티타늄을 통해 제조되어진 페이스트에 전기방사를 통해 제조된 산화티타늄 나노섬유를 첨가함으로써 높은 비표면적을 가지어 염료의 흡착량을 증진시킬 수 있는 광전극을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.In order to solve the problems of the prior art, the present inventors added a high ratio by adding titanium oxide nanofibers prepared by electrospinning to a paste prepared through synthetic titanium oxide in manufacturing a titanium oxide photoelectrode having high energy conversion efficiency. The present invention has been completed by manufacturing a photoelectrode having a surface area which can enhance the adsorption amount of the dye.
따라서 본 발명의 목적은 산화티타늄 나노섬유를 최소의 양으로 첨가하여 경제적이면서 최고의 효율을 갖는 광전극 형성 페이스트를 개발하고, 이를 통해 에너지 변환 효율이 향상된 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있는 새롭게 개발된 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to develop a photoelectrode forming paste having economical and highest efficiency by adding titanium oxide nanofibers in a minimum amount, and thereby newly developing a dye-sensitized solar cell having improved energy conversion efficiency. The present invention provides a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell to which titanium oxide nanofibers are added, and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 티타늄 이소프로폭시드에 아세트산과 에탄올을 첨가하여 교반한 후, 고분자 용액을 첨가하여 전기방사 용액을 제조하는 단계; 상기 전기방사 용액을 전기방사하여 고분자/산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계; 상기 고분자/산화티타늄 나노섬유를 소성하여 산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계; 졸-겔 방법으로 합성된 산화티타늄 페이스트에 상기 산화티타늄 나노섬유를 첨가하여 산화티타늄 코팅액을 제조하는 단계; 및 상 기 산화티타늄 코팅액을 ITO 또는 FTO 처리된 기판에 코팅한 후 열처리하여 광전극을 제조하는 단계;를 포함하는 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention comprises the steps of adding acetic acid and ethanol to titanium isopropoxide, stirring, and then adding a polymer solution to prepare an electrospinning solution; Preparing a polymer / titanium oxide nanofiber by electrospinning the electrospinning solution; Calcining the polymer / titanium oxide nanofibers to produce titanium oxide nanofibers; Preparing a titanium oxide coating solution by adding the titanium oxide nanofibers to a titanium oxide paste synthesized by a sol-gel method; It provides a photoelectrode manufacturing method of a dye-sensitized solar cell to which the titanium oxide nanofibers are added, comprising: preparing a photoelectrode by coating the titanium oxide coating solution on an ITO or FTO-treated substrate and then heat-treating it.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 고분자 용액은 총 중량을 기준으로 폴리비닐피롤리돈(PVP)이 10 ~ 20중량% 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polymer solution may be added 10 to 20% by weight of polyvinylpyrrolidone (PVP) based on the total weight.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화티타늄 나노섬유는 총 중량을 기준으로 0.1 ~ 1.5 중량% 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the titanium oxide nanofibers may be added 0.1 to 1.5% by weight based on the total weight.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화티타늄 나노섬유의 직경은 100 ~ 400㎚일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the diameter of the titanium oxide nanofibers may be 100 ~ 400nm.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계에서, 소성은 450 ~ 550℃의 온도에서 30 ~ 70분 동안 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step of preparing the titanium oxide nanofibers, firing may be performed for 30 to 70 minutes at a temperature of 450 ~ 550 ℃.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전기방사는 전압 15 ~ 25kV, 방사거리 10 ~ 20㎝, 유속 45 ~ 55㎕/min 조건에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrospinning may be carried out under conditions of
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극을 제공한다.The present invention also provides a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell to which titanium oxide nanofibers prepared by the above method are added.
본 발명에 따른 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 및 그 제조방법은 종래의 산화티타늄으로만 이루어진 광전극 제조 페이스트에 전기방사로 제조된 산화티타늄 나노섬유를 소량 첨가함으로써 높은 비표면적을 갖 게 되어 염료의 흡착량을 증진시킴으로써 많은 광전자를 발생시킬 수 있는 광전극을 제조할 수 있고, 발생된 광전자를 보다 빠르게 이동시킬 수 있어 많은 양의 광전환 에너지 발생 전자를 전류로 전환하는 것에 의한 높은 전류밀도의 발생으로 인해 고효율의 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있으며, 재결합 현상을 억제함으로써 장기간 안정성의 향상을 가져올 수 있는 효과가 있다. 또한, 실제 상업화 공정에 적용시 간단하고 단순한 공정으로 이중 구조의 광전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.The photoelectrode of the dye-sensitized solar cell to which the titanium oxide nanofibers are added according to the present invention and a method of manufacturing the same are prepared by adding a small amount of titanium oxide nanofibers prepared by electrospinning to a conventional photoelectrode paste made of titanium oxide. It has a specific surface area and can increase the amount of dye adsorption to produce a photoelectrode that can generate a large number of photoelectrons, and to move the generated photoelectrons faster, thereby converting a large amount of photoconversion energy generating electrons into current. Due to the generation of a high current density by producing a highly efficient dye-sensitized solar cell, it is possible to improve the long-term stability by suppressing the recombination phenomenon. In addition, when applied to the actual commercialization process there is an effect that can be produced in a simple and simple process the photoelectrode of the dual structure.
본 발명은 염료감응형 태양전지의 광전극을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 이소프로폭시드에 아세트산과 에탄올을 첨가하여 교반한 후, 고분자 용액을 첨가하여 전기방사 용액을 제조하는 단계; 상기 전기방사 용액을 전기방사하여 고분자/산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계; 상기 고분자/산화티타늄 나노섬유를 소성하여 산화티타늄 나노섬유를 제조하는 단계; 졸-겔 방법으로 합성된 산화티타늄 페이스트에 상기 산화티타늄 나노섬유를 첨가하여 산화티타늄 코팅액을 제조하는 단계; 및 상기 산화티타늄 코팅액을 ITO 또는 FTO 처리된 기판에 코팅한 후 열처리하여 광전극을 제조하는 단계;를 포함하는 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법을 제공함에 그 특징이 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell, and more specifically, to a titanium isopropoxide by adding acetic acid and ethanol and stirring, and then adding a polymer solution to prepare an electrospinning solution. step; Preparing a polymer / titanium oxide nanofiber by electrospinning the electrospinning solution; Calcining the polymer / titanium oxide nanofibers to produce titanium oxide nanofibers; Preparing a titanium oxide coating solution by adding the titanium oxide nanofibers to a titanium oxide paste synthesized by a sol-gel method; It provides a photoelectrode manufacturing method of the dye-sensitized solar cell to which the titanium oxide nanofibers are added; There is this.
본 발명자들은 전기방사를 통해 제조된 산화티타늄 나노섬유를 합성 산화티 타늄 페이스트에 첨가하여 광전극을 제조하였다.The present inventors prepared the photoelectrode by adding titanium oxide nanofibers prepared by electrospinning to a synthetic titanium oxide paste.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지에 관하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극으로 제조된 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing the structure of a dye-sensitized solar cell manufactured with a photoelectrode to which titanium oxide nanofibers are added according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 광전극, 상대전극, 이들 사이에 주입되는 전해액을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a photoelectrode, a counter electrode, and an electrolyte injected therebetween.
상기 광전극은 기판(110), 전도성 박막층(120), 산화티타늄 나노섬유(130)가 첨가된 산화티타늄층(140)으로 구성되며, 광전극에는 캐소드 전극(150)이 부착된다. 상기 산화티타늄 나노섬유(130)에는 염료가 흡착되어 있다.The photoelectrode includes a
상기 기판(110)으로는 투명 전도성 기판이 사용될 수 있는데, 투명 전도성 기판은 투명한 유리기판, 투명한 플렉서블 고분자 기판일 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 전도성 박막층(120)이 형성되는데, 이러한 전도성 박막층(120)은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(Fluoride doped tin oxide)로 형성된다. A transparent conductive substrate may be used as the
상기 상대전극은 기판(210), 전도성 박막층(220), 백금층(230)으로 구성되며, 상대전극에는 애노드 전극(240)이 부착된다. 상대전극의 백금층(230)은 광전극의 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 산화티타늄층(140)과 대향하도록 배치되어 있다. The counter electrode includes a
상기 광전극과 상대전극 사이의 공간에는 전해액(310)이 채워진다. 이러한 전해액(310)으로는 액체 전해질, 고분자 겔형 전해질 또는 고체전해질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 액체 전해질로는 0.3M의 1,2-다이메틸-3-프로필이미다졸륨 요오 드화물(1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide), 0.5M의 요오드화리튬(LiI), 0.05M의 요오드(I2) 및 0.5M의 4-3차-뷰틸피리딘(4-tert-butylpyridine, 4-TBP)를 3-메톡시프로피오 니트릴(3-metoxypropio nitrile, 3-MPN)에 혼합한 용액을 사용할 수 있다. 또한, 액체 전해질 대신 폴리(비닐리덴플로라이드)-코-폴리(헥사플루오로프로필렌), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리알킬아크릴레이트로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 프로필렌카보네이트와 에틸렌카보네이트 혼합용매의 총 중량을 기준으로 5 ~ 20 중량%의 양으로 함유하는 고분자 겔형 전해질을 사용할 수도 있다.The
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell to which titanium oxide nanofibers are added according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사를 이용한 산화티타늄 나노섬유의 제조방법을 개략적으로 나타낸 제조공정도이다.2 is a manufacturing process diagram schematically showing a method for producing titanium oxide nanofibers using electrospinning according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서는 염료감응형 태양전지의 광전극을 제조하기 위하여 전기방사를 이용하여 산화티타늄 나노섬유를 제조한다. 이를 위해서, 우선 티타늄 이소프로폭시드에 아세트산을 서서히 첨가한 후 5 ~ 15분 동안 교반하고, 여기에 에탄올을 첨가한 후 40 ~ 80분 더 교반한다. 이때 용액의 색은 뿌연 흰색으로 변하게 된다.In the present invention, in order to manufacture a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell, titanium oxide nanofibers are manufactured using electrospinning. To this end, first, acetic acid is slowly added to titanium isopropoxide, followed by stirring for 5 to 15 minutes, and ethanol is added thereto, followed by further stirring for 40 to 80 minutes. The color of the solution turns cloudy white.
다음으로, 상기 용액에 고분자 용액을 25 ~ 35g 첨가하고 24시간 이상 교반하여 전기방사 용액을 제조한다. 고분자 용액을 첨가한 후 교반하면 용액의 색은 뿌연 흰색에서 연한 노란색으로 변화한다. Next, 25 to 35 g of a polymer solution is added to the solution and stirred for 24 hours to prepare an electrospinning solution. After adding the polymer solution and stirring, the color of the solution changes from cloudy white to pale yellow.
본 발명에 따르면, 고분자 용액은 폴리비닐피롤리돈(PVP : poly vinylpyrrolidone)을 에탄올 용매에 용해시켜 제조할 수 있으며, 전기방사에 적합한 점도를 형성할 수 있도록 폴리비닐피롤리돈의 함량이 총 중량을 기준으로 10 ~ 20 중량%인 고분자 용액을 제조하는 것이 바람직하다. 폴리비닐피롤리돈의 함량에 따라 나노섬유의 직경을 조절할 수 있는데, 일반적으로 폴리비닐피롤리돈의 첨가량이 증가될수록 나노섬유의 직경도 커진다. 본 발명의 일실시예에서는 100 ~ 400㎚의 직경을 갖는 나노섬유 입자를 제조하기 위하여 폴리비닐피롤리돈의 함량이 10 중량%인 고분자 용액을 사용하여 산화티타늄 나노섬유를 제조하였다. According to the present invention, the polymer solution may be prepared by dissolving polyvinylpyrrolidone (PVP) in an ethanol solvent, and the total content of polyvinylpyrrolidone to form a viscosity suitable for electrospinning. It is preferable to prepare a polymer solution of 10 to 20% by weight on the basis of. The diameter of the nanofibers can be adjusted according to the content of polyvinylpyrrolidone. In general, as the amount of polyvinylpyrrolidone added increases, the diameter of the nanofibers also increases. In one embodiment of the present invention, to prepare a nanofiber particles having a diameter of 100 ~ 400nm titanium oxide nanofibers were prepared using a polymer solution having a content of 10% by weight of polyvinylpyrrolidone.
다음으로, 상기와 같이 제조된 전기방사 용액을 전기방사하여 고분자/산화티타늄 나노섬유를 제조한다. 전기방사는 전기방사장치를 이용하여 전압 15 ~ 25kV, 방사거리 10 ~ 20㎝, 유속 45 ~ 55㎕/min 조건에서 수행될 수 있다.Next, the electrospinning solution prepared as described above is electrospun to prepare a polymer / titanium oxide nanofibers. Electrospinning may be carried out under the conditions of
다음으로, 고분자/산화티타늄 나노섬유를 450 ~ 550℃에서 분당 1℃로 소성하여 산화티타늄 나노섬유를 제조한다. 전기방사된 고분자/산화티타늄 나노섬유는 고분자와 산화티타늄이 혼합되어 있으므로 이를 450 ~ 550℃의 온도에서 30분 ~ 70분 동안 열처리하여 고분자 바인더를 완전히 제거하고 잔류 산화티타늄 나노섬유를 아나타제 상의 결정구조로 변환시킨다. 본 발명에 따르면, 바람직하게는 450 ~ 500℃에서 1시간 이내로 열처리할 경우 염료감응형 태양전지에서 에너지 변환 효율 향상에 유리하며, 이렇게 열처리된 산화티타늄 나노섬유의 직경은 100 ~ 400㎚인 것이 바람직하다. Next, the polymer / titanium oxide nanofibers are fired at 450 ° C. at 1 ° C. per minute to produce titanium oxide nanofibers. Since the electrospun polymer / titanium oxide nanofibers are a mixture of a polymer and titanium oxide, they are heat-treated at a temperature of 450 to 550 ° C. for 30 to 70 minutes to completely remove the polymer binder and to crystallize the remaining titanium oxide nanofibers on the anatase phase. To. According to the present invention, it is preferable to improve the energy conversion efficiency in the dye-sensitized solar cell when heat-treated at 450 ~ 500 ℃ within 1 hour, the diameter of the titanium oxide nanofibers heat-treated is preferably 100 ~ 400nm Do.
다음으로, 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극 구조체를 제조하기 위하여, 졸-겔 방법으로 합성한 산화티타늄 페이스트에 상기 산화티타늄 나노섬유를 첨가하여 산화티타늄 코팅액을 제조한다. 산화티타늄 페이스트는 종래에 이미 공지된 방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 예를 들면, 아나타네 나노입자를 갖는 이산화티타늄을 졸-겔 방법으로 합성하여 제조한 TiO2와 계면활성제인 아세틸 아세톤, 하이드로로프로필셀룰로스를 증류수에 혼합한 후 기포를 제거하고 안정화하여 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 산화티타늄 페이스트에 본 발명에 따라 전기방사를 이용하여 제조한 산화티타늄 나노섬유를 첨가하여 산화티타늄 코팅액을 제조한다. 이때, 산화티타늄 나노섬유는 총 충량을 기준으로 0.1 ~ 1.5 중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 전기방사로 산화티타늄 나노섬유를 제조하는 방법의 경우에는 순수 산화티타늄 입자를 제조하는 방법에 비해 많은 비용이 드는데, 본 발명에서는 산화티타늄 나노섬유를 소량만 첨가하여도 염료감응형 태양전지의 에너지 변환 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Next, in order to manufacture the photoelectrode structure to which the titanium oxide nanofibers are added, the titanium oxide nanofibers are added to the titanium oxide paste synthesized by the sol-gel method to prepare a titanium oxide coating solution. Titanium oxide paste can be prepared using a method already known in the art, for example, TiO 2 prepared by synthesizing titanium dioxide having anatane nanoparticles by the sol-gel method and acetyl acetone and hydro which are surfactants. Ropropyl cellulose may be prepared by mixing distilled water and then removing and stabilizing bubbles. The titanium oxide paste prepared by using electrospinning according to the present invention is added to the prepared titanium oxide paste to prepare a titanium oxide coating solution. At this time, the titanium oxide nanofibers are preferably added 0.1 to 1.5% by weight based on the total amount. The method of manufacturing titanium oxide nanofibers by electrospinning is more expensive than the method of preparing pure titanium oxide particles. In the present invention, even when only a small amount of titanium oxide nanofibers are added, energy conversion of dye-sensitized solar cells is performed. There is an advantage that can significantly improve the efficiency.
다음으로, 상기 산화티타늄 코팅액을 ITO 또는 FTO 처리된 기판에 스크린 프린터 장비를 이용하여 코팅한 후 열처리하여 광전극을 제조한다. 이때, 열처리는 75 ~ 85℃의 온도에서 20 ~ 40분 동안 1차 열처리한 후, 450 ~ 550℃의 온도에서 50 ~ 70분 동안 2차 열처리할 수 있다. 그런 다음 75 ~ 85℃까지 온도를 내린 후 전극을 20 ~ 28시간 동안 염료액에 침지시켜 본 발명에 따른 광전극을 제조한다. Next, the titanium oxide coating liquid is coated on an ITO or FTO-treated substrate using a screen printer equipment, and then heat-treated to manufacture a photoelectrode. At this time, the heat treatment may be the first heat treatment for 20 to 40 minutes at a temperature of 75 ~ 85 ℃, the second heat treatment for 50 to 70 minutes at a temperature of 450 ~ 550 ℃. Then, after lowering the temperature to 75 ~ 85 ℃ to immerse the electrode in the dye solution for 20 to 28 hours to prepare a photoelectrode according to the present invention.
상기 염료액으로는 루테늄계 염료분자를 사용할 수 있으며, 예를 들어 3×10-4M 농도의 비스(이소티오시아네이토)비스(2,2'-비피리딜-4,4'- 디카르복실산)-루 테늄(II)-비스-테트라뷰틸 암모늄(N-719 dye, Ruthenium 535-bis TBA)을 사용할 수 있다. As the dye solution, ruthenium-based dye molecules may be used. For example, bis (isothiocyanato) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dica at a concentration of 3 × 10 −4 M Carboxylic acid) -ruthenium (II) -bis-tetrabutyl ammonium (N-719 dye, Ruthenium 535-bis TBA) can be used.
또한, 본 발명에서는 상대전극을 제조하기 위하여 ITO 또는 FTO층이 코팅되어 있는 기판에 전해액을 주입할 미세 구멍을 만들어 놓고 백금 졸을 박막 형태로 코팅한다.In addition, in the present invention, in order to manufacture a counter electrode, a fine hole for injecting an electrolyte solution is formed on a substrate coated with an ITO or FTO layer, and the platinum sol is coated in a thin film form.
다음으로, 본 발명에 따라 상기와 같은 방법에 의해 제조된 광전극과 상대전극 사이에 접착필름을 놓고 열을 가해 밀봉시킨 후 상대전극면에 형성된 미세구멍 사이로 액체 전해액 또는 고분자 겔 전해액을 주입한 다음 구멍을 밀봉하여 염료감응형 태양전지를 완성시킨다. Next, the adhesive film is placed between the photoelectrode and the counter electrode manufactured by the above method according to the present invention and then sealed by applying heat, and then a liquid electrolyte or a polymer gel electrolyte is injected between the micropores formed on the counter electrode surface. Sealing the hole completes the dye-sensitized solar cell.
본 발명자들은 본 발명에 따라 제조된 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 코팅 상태를 확인하기 위하여 SEM 사진을 찍은 결과, 도 4에서 알 수 있듯이 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극은 막대 모양의 산화티타늄 나노섬유가 곳곳에 잘 분포하여 전극막을 형성함을 알 수 있었다.The present inventors have taken a SEM photograph to confirm the coating state of the photoelectrode to which the titanium oxide nanofibers are prepared according to the present invention, as shown in Figure 4, the photoelectrode to which the titanium oxide nanofibers are added It was found that the titanium oxide nanofibers were well distributed in various places to form an electrode film.
또한, 본 발명자들은 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 높은 비표면적을 확인하기 위하여 실제적으로 광전자를 발생시키는 염료에 대한 흡착 실험을 실시하였는데, 도 6에 나타난 그래프로부터 산화티타늄 나노섬유의 첨가량이 증가될수록 염료의 흡착량이 증가됨을 확인하였다.In addition, the present inventors conducted an adsorption experiment on a dye which actually generates photoelectrons in order to confirm the high specific surface area of the photoelectrode to which the titanium oxide nanofibers were added. From the graph shown in FIG. It was confirmed that the adsorption amount of the dye increased as it increased.
또한, 본 발명자들은 본 발명에 따라 제조된 염료감응형 태양전지의 에너지 변환 효율을 측정하였는데, 도 7에 나타난 그래프로부터 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 경우 기존 순수 합성 산화티타늄 전극에 비해 가장 높은 효율을 나 타냄을 알 수 있었고, 특히 1.5 중량% 첨가되었을 때 가장 높은 에너지 변환 효율을 보였다.In addition, the inventors measured the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell manufactured according to the present invention. From the graph shown in FIG. 7, the photoelectrode to which titanium oxide nanofibers were added was compared with the conventional pure synthetic titanium oxide electrode. It can be seen that the high efficiency is shown, especially the highest energy conversion efficiency when added 1.5% by weight.
따라서, 본 발명자들은 기존 산화티타늄으로만 이루어진 광전극 제조 페이스트에 전기방사를 통해 제조된 산화티타늄 나노섬유를 소량 첨가함으로써 높은 비표면적을 갖게 되어 염료의 흡착량을 증진시킬 수 있는 광전극을 제조하였다. 염료의 흡착량 증가는 태양광을 흡수하여 많은 광전자를 발생시킬 수 있음을 의미한다. Accordingly, the present inventors have prepared a photoelectrode having a high specific surface area by adding a small amount of titanium oxide nanofibers prepared by electrospinning to a conventional photoelectrode manufacturing paste composed of titanium oxide only to improve the adsorption amount of the dye. . Increasing the amount of dye adsorption means that it can absorb sunlight and generate many photoelectrons.
또한, 본 발명에 따르면, 막대 모양의 구조를 갖는 산화티타늄 나노섬유는 기존 구형의 산화티타늄에 비해 발생된 광전자를 보다 빠르게 이동시킬 수 있어 종래의 염료감응형 태양전지의 구조상 문제점인 발생된 광전자가 상대전극으로 이동하지 못하고 다시 산화되어진 전해액 계면의 산화된 요오드 이온(I3 -)과의 재결합 현상을 억제하는 효과도 가질 수 있어 장기간 안정성의 향상을 가져올 수 있으며, 실제 상업화 공정에 적용시 간단하고 단순한 공정으로 이중 구조의 광전극을 제조할 수 있다. In addition, according to the present invention, the titanium oxide nanofibers having a rod-shaped structure can move the photoelectrons generated faster than the conventional spherical titanium oxide, so that the generated photoelectrons, which are structural problems of the conventional dye-sensitized solar cell, the oxidized iodine ions do not move to the counter electrode been oxidized again electrolyte interface (I 3 -) can also have the effect of suppressing the recombination phenomena and can lead to improvement in long-term reliability, simple in applying to an actual commercialized process and It is possible to manufacture a dual structure photoelectrode by a simple process.
따라서, 발생된 광전자의 이동속도를 향상시켜 많은 양의 광전환 에너지 발생 전자를 전류로 전환하는 것에 의한 높은 전류밀도의 발생으로 인해 고효율의 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있음을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that a high efficiency dye-sensitized solar cell can be manufactured due to the generation of a high current density by converting a large amount of light conversion energy generating electrons into a current by improving the moving speed of generated photoelectrons.
이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
<< 실시예Example 1> 1>
본 발명에 따른 According to the invention 광전극Photoelectrode 및 염료감응형 태양전지의 제조 And manufacturing of dye-sensitized solar cell
<1-1> 이산화티타늄 나노섬유의 제조<1-1> Preparation of Titanium Dioxide Nanofibers
본 발명자들은 본 발명에 따른 산화티타늄(TiO2) 나노섬유가 첨가된 광전극을 다음과 같이 제조하였다(도 2 참조).The present inventors prepared a photoelectrode to which titanium oxide (TiO 2 ) nanofibers were added according to the present invention as follows (see FIG. 2).
우선, 산화티타늄 나노섬유의 제조를 위해 실험실에서 티타늄 0.02M의 테트라 이소프로폭시드(TTIP: titanium tetra isopropoxide, 준세이) 6㎖에 0.2M의 아세트산(acetic acid, 알드리치) 12㎖를 서서히 첨가한 후 10분 동안 교반하였다. 그리고 나서, 여기에 0.12M의 에탄올 12㎖를 첨가한 후 약 1시간 더 교반하였다. 이때 용액의 색은 뿌연 흰색으로 변하게 되는데, 여기에 고분자 용액을 30g 첨가한 다음 후 24시간 이상 교반한다. 고분자 용액은 폴리비닐피롤리돈(PVP: poly vinylpyrrolidone, 분자량 1,300,000, 알드리치)을 에탄올 용매에 용해시켜 10 중량%로 제조하였다. 고분자 용액을 첨가한 후 교반시킬 때 용액의 색은 뿌연 흰색에서 연한 노란색으로 변하였다. 이때, 폴리비닐피롤리돈의 함량에 따라 나노섬유의 직경이 변하는데, 일반적으로 첨가량이 증가될수록 섬유의 직경은 커진다. 본 실험에서는 100 ~ 400㎚의 직경을 갖는 나노섬유 입자를 제조하기 위하여 폴리비닐피롤 리돈을 10 중량% 첨가하여 산화티타늄 나노섬유를 제조하였다. First, to prepare titanium oxide nanofibers, 12 ml of 0.2M acetic acid (Aldrich) was slowly added to 6 ml of titanium tetra isopropoxide (TTIP) in a laboratory. Stir for 10 minutes. Then, 12 ml of 0.12 M ethanol was added thereto, followed by stirring for about 1 hour. At this time, the color of the solution turns to a cloudy white color, and 30g of the polymer solution is added thereto, followed by stirring for at least 24 hours. The polymer solution was prepared by dissolving polyvinylpyrrolidone (PVP: polyvinylpyrrolidone, molecular weight 1,300,000, Aldrich) in an ethanol solvent at 10% by weight. When the polymer solution was added and then stirred, the color of the solution changed from cloudy white to pale yellow. At this time, the diameter of the nanofibers changes depending on the content of polyvinylpyrrolidone, and in general, the diameter of the fibers increases as the amount of the polyvinylpyrrolidone increases. In this experiment, 10 wt% of polyvinylpyrrolidone was added to prepare nanofiber particles having a diameter of 100 to 400 nm, thereby preparing titanium oxide nanofibers.
이와 같이 제조된 전기방사 용액을 전기 방사장치를 통하여 전압 20 kV, 방사거리 15 ㎝, 유속 50 ㎕/min 조건에서 전기방사시켜 폴리비닐피롤리돈/산화티타늄 나노섬유를 제조하였다. 이렇게 제조된 폴리비닐피롤리돈/산화티타늄 나노 섬유는 500℃에서 분당 1℃로 1시간 이내로 소성하여 폴리비닐피롤리돈을 제거하였으며, 그 결과 도 3의 SEM 사진에서 확인할 수 있듯이 아나타제 상을 가지는 직경 100 ~ 400 ㎚의 산화티타늄 나노섬유를 제조하였다. The electrospinning solution prepared as described above was electrospun under the conditions of a voltage of 20 kV, a spinning distance of 15 cm, and a flow rate of 50 μl / min to prepare polyvinylpyrrolidone / titanium oxide nanofibers. The polyvinylpyrrolidone / titanium oxide nanofibers thus prepared were calcined at 500 ° C. at 1 ° C. within 1 hour to remove polyvinylpyrrolidone, and as a result, as shown in the SEM photograph of FIG. Titanium oxide nanofibers having a diameter of 100 to 400 nm were prepared.
<1-2> <1-2> 광전극Photoelectrode 구조체의 제조 Fabrication of the Structure
본 발명자들은 산화티타늄 나노섬유가 첨가되어진 광전극 구조체 제조를 위하여, 종래의 방법에 의해 아나타제 나노 입자를 갖는 이산화티타늄(TiO2)을 졸-겔 방법으로 합성하여 제조된 이산화티타늄 1.3g에 계면활성제인 10%(v/v) 아세틸 아세톤(99%, 알드리치) 0.35㎖와 하이드로로프로필셀룰로스(분자량 80,000, 알드리치) 0.95g을 증류수 5.4㎖에 혼합하여 페이스트 믹서를 이용하여 기포를 제거하고 안정화한 뒤 스크린 프린터 산화티타늄 페이스트를 제조하였다.The inventors of the present invention provide a surfactant to 1.3 g of titanium dioxide prepared by synthesizing titanium dioxide (TiO 2 ) having anatase nanoparticles by a sol-gel method by a conventional method for preparing a photoelectrode structure to which titanium oxide nanofibers are added. After mixing 0.35 ml of phosphorus 10% (v / v) acetyl acetone (99%, Aldrich) and 0.95 g of hydropropyl cellulose (molecular weight 80,000, Aldrich) in 5.4 ml of distilled water, bubbles were removed and stabilized using a paste mixer. A screen printer titanium oxide paste was prepared.
여기에 상기 <1-1>에서 제조된 산화티타늄 나노섬유 0.5 중량%, 1.5 중량%를 각각 첨가하여 다시 페이스트 믹서로 10분 정도 혼합하여 나노섬유가 첨가된 산화티타늄 코팅액을 제조하였다. 0.5 wt% and 1.5 wt% of the titanium oxide nanofibers prepared in the above <1-1> were added thereto, followed by mixing for about 10 minutes using a paste mixer, thereby preparing a titanium oxide coating solution to which nanofibers were added.
이렇게 제조된 산화티타늄 코팅액을 스크린 프린터 장비를 이용하여 FTO층이 코팅되어 있는 투명유리기판 위에 코팅하고 1차적으로 80℃에서 30분 동안 건조 한 후 500℃로 승온하여 60분 동안 2차 열처리하였다. 그런 다음, 80℃까지 온도를 내린 전극을 24시간 동안 염료액에 침지시켜 본 발명에 따른 광전극을 제조하였다. The titanium oxide coating solution thus prepared was coated on a transparent glass substrate coated with an FTO layer by using a screen printer equipment, firstly dried at 80 ° C. for 30 minutes, and then heated to 500 ° C. for second heat treatment for 60 minutes. Then, an electrode having a temperature down to 80 ° C. was immersed in a dye solution for 24 hours to prepare a photoelectrode according to the present invention.
상기 염료액으로는 3×10-4M 농도로 제조된 비스(이소티오시아네이토)비스(2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실산)-루테늄(II)-비스-테트라뷰틸암모늄[bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'- dicarboxylato)-ruthenium(II)-bis-tetrabutyl ammonium](약자: N-719 dye, 다른 약자 : Ruthenium 535-bis TBA, 제조회사: 스위스 Solaronix)을 사용하였다. As the dye solution, bis (isothiocyanato) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) -ruthenium (II)-produced at a concentration of 3x10 -4 M Bis-tetrabutylammonium [bis (isothiocyanato) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato) -ruthenium (II) -bis-tetrabutyl ammonium] (abbreviation: N-719 dye, abbreviation: Ruthenium 535 -bis TBA, manufactured by Solaronix, Switzerland.
<1-3> 상대전극의 제조<1-3> Preparation of counter electrode
본 발명자들은 FTO층이 코팅되어 있는 투명유리기판에 전해액을 주입할 두 개의 미세 구멍을 만들어 놓고 백금 졸을 박막 형태로 코팅하여 상대전극을 제조하였다. The inventors made two fine holes to inject the electrolyte into the transparent glass substrate coated with the FTO layer and coated the platinum sol in the form of a thin film to prepare a counter electrode.
<1-4> 염료감응형 태양전지의 제조<1-4> Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell
본 발명자들은 상기와 같이 제조한 광전극과 상대전극 사이에 접착필름을 놓고 열을 가해 밀봉시킨 후 상대전극면의 미세구멍 사이로 액체 형태의 전해액을 주입한 다음 구멍을 밀봉하여 염료감응형 태양전지를 완성시켰다. 이때, 유효 면적은 0.5×0.5㎠로 제작하였다. 주입된 전해액으로는 0.3M의 1,2-다이메틸-3-프로필이미 다졸륨 요오드화물(솔라로닉스), 0.5M의 요오드화리튬(알드리치), 0.05M의 요오드(I2) 및 0.5M의 4-3차-뷰틸피리딘(4-TBP, 알드리치)를 3-메톡시프로피오 니트릴(3-MPN, 플루카)에 혼합하여 1일 정도 교반한 용액을 사용하였다.The present inventors put an adhesive film between the photoelectrode and the counter electrode manufactured as described above, seal it by applying heat, inject a liquid electrolyte between the micropores on the counter electrode surface, and then seal the hole to seal the dye-sensitized solar cell. It was completed. At this time, the effective area was produced to 0.5 × 0.5
<< 실시예Example 2> 2>
본 발명에 따른 According to the invention 광전극의Photoelectrode 코팅상태 확인 Check coating status
본 발명자들은 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 코팅 상태를 확인하기 위하여, 순수 TiO2 전극의 표면(도 4 참조)과 산화티타늄 나노섬유가 1.5 중량%가 첨가된 TiO2 광전극의 표면(도 5 참조)의 SEM 사진을 찍어 살펴보았다. In order to confirm the coating state of the photoelectrode to which the titanium oxide nanofibers are added, the present inventors have described the surface of the pure TiO 2 electrode (see FIG. 4) and the surface of the TiO 2 photoelectrode to which 1.5 wt% of the titanium oxide nanofibers are added ( The SEM picture of FIG. 5 was taken and examined.
그 결과, 도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이 막대 모양의 산화티타늄 나노섬유가 곳곳에 잘 분포하여 전극막을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. As a result, as can be seen in Figures 4 and 5 it was confirmed that the rod-shaped titanium oxide nanofibers are well distributed in various places to form an electrode film.
<< 실시예Example 3> 3>
본 발명에 따른 According to the invention 광전극의Photoelectrode 비표면적Specific surface area 확인 Confirm
본 발명자들은 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 높은 비표면적을 확인하기 위하여 실제적으로 광전자를 발생시키는 염료에 대한 흡착 실험을 실시하였다. 0.1M NaOH와 에탄올을 1:1로 혼합하여 제조된 용액에 광전극을 함침한 후 탈착된 염료 용액의 흡착량을 522㎚ 조건하에서 분광광도계(UV/Vis spectrometer)를 이용하여 조사하였으며, 그 결과는 도 6에 나타내었다.The present inventors conducted an adsorption experiment on a dye which actually generates photoelectrons in order to confirm the high specific surface area of the photoelectrode to which titanium oxide nanofibers were added. After impregnating a photoelectrode in a solution prepared by mixing 1: 1 1: 1 of 0.1 M NaOH and ethanol, the adsorption amount of the desorbed dye solution was investigated under a 522 nm condition using a spectrophotometer (UV / Vis spectrometer). Is shown in FIG. 6.
그 결과, 산화티타늄 나노섬유의 첨가량이 증가될수록 염료의 흡착량이 증가됨을 확인하였다(도 6 참조).As a result, it was confirmed that the amount of adsorption of the dye increased as the amount of titanium oxide nanofibers increased (see FIG. 6).
<< 실시예Example 4> 4>
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 에너지 변환 효율 측정Measurement of energy conversion efficiency of dye-sensitized solar cell according to the present invention
본 발명자들은 상기 실시예 1에서와 같이 염료감응형 태양전지를 제조하여 순수 TiO2 광전극과 산화티타늄 나노섬유가 0.5 ~ 1.5 중량%로 첨가된 광전극의 전류-전압 곡선을 통해 에너지 변환 효율을 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.The present inventors fabricated a dye-sensitized solar cell as in Example 1, and showed energy conversion efficiency through a current-voltage curve of a pure TiO 2 photoelectrode and a photoelectrode in which 0.5 to 1.5 wt% of titanium oxide nanofibers were added. It measured, and the result is shown in FIG.
그 결과, 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 경우 기존 레퍼런스 전극(TiO2)에 비해 가장 높은 효율을 나타냄을 알 수 있었고, 특히 1.5 중량% 첨가되었을 때 가장 높은 에너지 변환 효율을 보였으며, 이는 상기 <실시예 3>의 결과에 따라 높은 염료의 흡착량을 통한 광전극의 전류 밀도 향상으로 인한 효율 향상이 관찰되었다. As a result, it was found that the photoelectrode to which the titanium oxide nanofibers were added showed the highest efficiency compared to the conventional reference electrode (TiO 2 ), and especially when the 1.5 wt% was added, it showed the highest energy conversion efficiency. According to the result of <Example 3>, the improvement of efficiency due to the improvement of the current density of the photoelectrode through the adsorption amount of the high dye was observed.
(mA/)Photocurrent Density
(mA /)
환효율(%)Photovoltaic energy stools
Exchange efficiency (%)
섬유첨가0.5 wt% nano
Fiber addition
섬유첨가1.5 wt% nano
Fiber addition
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극으로 제조된 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing the structure of a dye-sensitized solar cell manufactured with a photoelectrode to which titanium oxide nanofibers are added according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사를 이용한 산화티타늄 나노섬유의 제조방법을 개략적으로 나타낸 제조공정도이다.2 is a manufacturing process diagram schematically showing a method for producing titanium oxide nanofibers using electrospinning according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 산화티타늄 나노섬유의 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph of titanium oxide nanofibers according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 비교예로 사용된 순수 합성 산화티타늄 전극의 표면 SEM 사진이다.4 is a SEM image of the surface of a pure synthetic titanium oxide electrode used as a comparative example of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 광전극의 표면 SEM 사진이다.5 is a SEM image of the surface of a photoelectrode to which titanium oxide nanofibers are added according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 순수 산화티타늄 광전극으로 제조된 염료감응형 태양전지와 산화티타늄 나노섬유가 함량별로 첨가된 광전극으로 제조된 염료감응형 태양전지의 염료 흡착량을 비교하여 도시한 그래프이다. FIG. 6 is a graph illustrating a comparison of dye adsorption amounts of dye-sensitized solar cells prepared with pure titanium oxide photoelectrodes according to the present invention and dye-sensitized solar cells prepared with photoelectrodes added with titanium oxide nanofibers. to be.
도 7은 본 발명에 따른 순수 산화티타늄 광전극으로 제조된 염료감응형 태양전지와 산화티타늄 나노섬유가 함량별로 첨가된 광전극으로 제조된 염료감응형 태양전지의 전류-전압곡선을 비교하여 도시한 그래프이다.FIG. 7 shows a comparison of current-voltage curves of dye-sensitized solar cells made of pure titanium oxide photoelectrodes according to the present invention and dye-sensitized solar cells made of photoelectrodes added with titanium oxide nanofibers. It is a graph.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110, 210 : 투명유리기판 120, 220 : ITO 또는 FTO층110, 210:
140 : 산화티타늄층 150 : 산화티타늄 나노섬유140: titanium oxide layer 150: titanium oxide nanofibers
230 : 백금층 310 : 전해액230: platinum layer 310: electrolyte solution
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