KR101089547B1 - Producing method of dye-sensitized solar cell using dry process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기상의 TiO2를 전극에 고속으로 분사 증착시키는 드라이 프로세스로 TiO2 후막을 형성시키는 단계를 주공정으로 한 염료감응형 태양전지(DSSC) 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 (a) 기판을 준비하고, 직경이 50nm이하인 TiO2 분말을 마련하는 단계; 및 (b) 상기 TiO2 분말을 150~600m/s의 속도로 상기 기판에 분사 증착시켜 1~30㎛ 두께의 TiO2 후막을 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 TiO2 후막에 염료를 침투시키는 단계; 를 포함하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell (DSSC), which mainly uses a step of forming a TiO 2 thick film by a dry process in which vapor phase TiO 2 is spray-deposited on an electrode at high speed.
The present invention (a) to prepare a substrate, a diameter of 50nm or less TiO 2 Preparing a powder; And (b) spraying and depositing the TiO 2 powder onto the substrate at a rate of 150 to 600 m / s to form TiO 2 having a thickness of 1 to 30 μm. Forming a thick film; And (c) the TiO 2 Penetrating the dye into the thick film; It provides a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process comprising a.

Description

드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법{Producing method of dye-sensitized solar cell using dry process}Producing method of dye-sensitized solar cell using dry process}

본 발명은 기상의 TiO2를 전극에 고속으로 분사 증착시키는 드라이 프로세스로 TiO2 후막을 형성시키는 단계를 주공정으로 한 염료감응형 태양전지(DSSC) 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell (DSSC), which mainly uses a step of forming a TiO 2 thick film by a dry process in which vapor phase TiO 2 is spray-deposited on an electrode at high speed.

기존의 연료감응형 태양전지 제조의 가장 기본적이고 핵심적인 공정은 TiO2 후막을 제조하는 공정으로서, 이는 다음과 같은 3단계로 시행되어 왔다. The most basic and core process of the conventional fuel-sensitized solar cell manufacturing is the manufacturing of TiO 2 thick film, which has been implemented in three steps as follows.

(1) TiO2 나노분말을 분쇄/파쇄한 후 고농도의 액상 페이스트로 만드는 단계;(1) milling and crushing the TiO 2 nanopowder into a high concentration liquid paste;

(2) 상기 페이스트를 스크린 프린팅법 등으로 투명전도막(일반적으로 FTO)에 코팅하는 단계;(2) coating the paste on a transparent conductive film (generally FTO) by screen printing or the like;

(3) 코팅된 TiO2 페이스트막을 다단계 열처리하여 TiO2 나노분말끼리 부분적으로 연결된 TiO2 후막(약 10미크론의 두께)을 형성하는 단계;(3) multi-step heat treatment of the coated TiO 2 paste film to form a TiO 2 thick film (thickness of about 10 microns) partially connected to the TiO 2 nanopowders;

위와 같은 단계들로 이루어진 공정 기술은 연료감응형 태양전지 제조에 있어서 세계적으로 통용되는 핵심기술이지만 TiO2 페이스트 제조 과정이 매우 까다롭고 다단계 공정을 거치는 만큼 비용 및 공정 신뢰성 문제가 발생할 수 있었다. 또한 코팅된 TiO2 페이스트막을 열처리하는 단계가 있어 플라스틱 기판 투명전도막에는 적용할 수 없는 것이었다.The process technology consisting of the above steps is a core technology widely used in the production of fuel-sensitized solar cells, but the manufacturing process of TiO 2 paste is very demanding and the cost and process reliability problems may occur due to the multi-step process. In addition, there was a step of heat-treating the coated TiO 2 paste film was not applicable to the plastic substrate transparent conductive film.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기존의 액상 기반 공정에서 벗어나 기상 드라이 공정기술을 활용하여 1스텝으로 TiO2 후막을 형성시킴으로써 연료감응형 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a method of manufacturing a fuel-sensitized solar cell by forming a TiO 2 thick film in one step by using a vapor phase dry process technology away from the existing liquid-based process. It is done.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 (a) 기판을 준비하고, 직경이 50nm이하인 TiO2 분말을 마련하는 단계; (b) 상기 TiO2 분말을 150~600m/s의 속도로 상기 기판에 분사 증착시켜 1~30㎛ 두께의 TiO2 후막을 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 TiO2 후막에 염료를 침투시키는 단계; 를 포함하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cell, 이하 DSSC라 함) 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention (a) to prepare a substrate, the diameter of 50nm or less TiO 2 Preparing a powder; (b) spraying and depositing the TiO 2 powder onto the substrate at a rate of 150 to 600 m / s to form TiO 2 having a thickness of 1 to 30 μm. Forming a thick film; And (c) infiltrating dye into the TiO 2 thick film; It provides a dye-sensitized solar cell (dye-sensitized solar cell, by the DSSC) manufacturing method by a dry process comprising a.

한편, DSSC의 광기전력을 향상시키기 위하여 상기 TiO2 분말의 일부를 TiO2에 금속원소를 합금시킨 MTiOx로 치환할 수 있다. 다만 TiO2의 일부를 MTiO2로 치환하더라도 후막의 제조방법과 그 기능의 원리는 동일하므로 이하에서는 TiO2 분말의 치환 여부를 불문하고 모두 TiO2 후막으로 통칭한다. Meanwhile, in order to improve photovoltaic power of DSSC, a part of the TiO 2 powder may be substituted with MTiO x obtained by alloying a metal element with TiO 2 . However, the principles of the method for manufacturing a thick film and its function even partially replaced by MTiO 2 of TiO 2 is the same, regardless of the following description are all collectively referred to as TiO 2 thick substituted if the TiO 2 powder.

위와 같은 본 발명에 따르면, TiO2 분말을 고속으로 기판에 충돌시킴으로써 DSSC에 핵심적으로 이용되는 다공성의 TiO2 후막이 얻어지고, 이러한 TiO2 후막에는 염료의 침투가 용이하게 되어 높은 비율로 흡착된 TiO2-염료 분자 구조체를 얻을 수 있다. According to the present invention as described above, by impinging the TiO 2 powder on the substrate at high speed, a porous TiO 2 thick film which is used as a core for DSSC is obtained, and dyes are easily penetrated into the TiO 2 thick film so that TiO adsorbed at a high rate. A two -dye molecular structure can be obtained.

또한, 기존의 DSSC 제조 방법에서 필수적이었던 열처리 공정을 없앨 수 있으므로 열에 약한 플라스틱도 기판으로 적용할 수 있고, 금속, ITO 등 화학적 내부식성이 약한 소재를 전극으로 적용할 수 있다.In addition, since the heat treatment process, which was essential in the conventional DSSC manufacturing method, can be eliminated, plastics that are weak in heat can be applied as a substrate, and materials having low chemical corrosion resistance such as metal and ITO can be applied as electrodes.

[도 1]의 (a)는 드라이 프로세스에 의해 TiO2 후막을 제조하기 위한 에어로졸 증착장치를 도시한 것이고, [도 1]의 (b)는 대면적 기재에 코팅하기 위한 노즐 및 코팅방법을 도시한 것이다.
[도 2]는 본 발명에 의해 제조된 TiO2 후막을 촬영한 사진이다.
[도 3]은 FTO에 코팅된 TiO2 후막의 XRD패턴이다.
[도 4]는 FTO에 코팅된 TiO2 후막의 단면 SEM 사진이다.
[도 5]는 FTO에 코팅된 TiO2 후막의 표면 SEM 사진이다.
[도 6]은 본 발명에 따라 제조된 DSSC를 도시한 것이다.
[도 7]은 본 발명에 따라 제조된 DSSC의 구조를 모식적으로 도시한 것이다.FIG. 1A illustrates an aerosol deposition apparatus for manufacturing a TiO 2 thick film by a dry process, and FIG. 1B illustrates a nozzle and a coating method for coating a large area substrate. It is.
2 is a photograph of the TiO 2 thick film prepared according to the present invention.
3 is an XRD pattern of a TiO 2 thick film coated on FTO.
4 is a cross-sectional SEM photograph of a TiO 2 thick film coated on FTO.
5 is a surface SEM photograph of the TiO 2 thick film coated on FTO.
6 shows a DSSC prepared according to the present invention.
7 schematically shows the structure of a DSSC prepared according to the present invention.

본 발명은 (a) 기판을 준비하고, 직경이 50nm이하인 TiO2 분말을 마련하는 단계; 및 (b) 상기 TiO2 분말을 150~600m/s의 속도로 상기 기판에 분사 증착시켜 1~30㎛ 두께의 TiO2 후막을 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 TiO2 후막에 염료를 침투시키는 단계; 를 포함하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법을 제공한다.
The present invention (a) to prepare a substrate, a diameter of 50nm or less TiO 2 Preparing a powder; And (b) spraying and depositing the TiO 2 powder onto the substrate at a rate of 150 to 600 m / s to form TiO 2 having a thickness of 1 to 30 μm. Forming a thick film; And (c) the TiO 2 Penetrating the dye into the thick film; It provides a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process comprising a.

또한, 본 발명은 상기 TiO2 분말의 1~20wt%는 금속원소와 함금시킨 것임을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법을 함께 제공한다.
In addition, the present invention is TiO 2 It provides a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that 1 to 20wt% of the powder is alloyed with a metal element.

또한, 본 발명은 상기 기판은 유리판 위에 FTO가 코팅된 것을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법을 함께 제공한다.
In addition, the present invention provides a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the substrate is coated with FTO on a glass plate.

또한, 본 발명은 상기 기판은 금속판인 것을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법을 함께 제공한다.
In addition, the present invention provides a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the substrate is a metal plate.

또한, 본 발명은 상기 기판은 플라스틱판 위에 ITO 또는 ZnO가 코팅된 것을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법을 함께 제공한다.
In addition, the present invention provides a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the substrate is coated with ITO or ZnO on a plastic plate.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기 TIO2 분말은 보통 액상 또는 기상공정을 통하여 다양하게 양산할 수 있다. 상기 기판으로는 현재 유리판에 FTO를 코팅한 FTO 투명전극이 가장 많이 사용되고 있으며, 이러한 기판에 본 발명을 적용할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 불투명하지만 내화학성이 강한 금속기판을 적용할 수도 있고, 플라스틱판에 FTO가 아닌 ITO 또는 ZnO를 투명전도막으로 코팅시킨 것을 적용할 수도 있다. 본 발명에서는 가열 공정이 없으므로 상기 플라스틱판을 기판으로 활용할 수 있는 것이다.
The TIO 2 powder can be produced in a variety of ways through the normal liquid or gas phase process. Currently, the FTO transparent electrode coated with FTO on a glass plate is most used as the substrate, and the present invention can be applied to such a substrate. However, in the present invention, an opaque but chemically resistant metal substrate may be applied, or a plastic plate coated with a transparent conductive film of ITO or ZnO, not FTO. In the present invention, since there is no heating process, the plastic plate can be used as a substrate.

상기 (b)단계 실현을 위해서는 상기 TIO2 분말에 공기를 불어 넣어 에어로졸화시킨 후 기판에 고속으로 충돌시킬 수 있는데, 상기 TIO2 분말을 150m/s의 속도로 기판에 충돌시킬 때부터 TIO2 분말이 기판에 증착되고, 충돌속도가 빨라질수록 TIO2 분말이 기판에 결합되는 효율이 향상되었다. 다만, DSSC 제조를 위한 충돌속도는 600m/s까지가 적당하고, 그 이상의 속도로 충돌시킬 때에는 TIO2 분말의 결함율이 높아져 전화 모빌리티가 떨어지게 된다.It said (b) to the step realization may be a high speed collision with a substrate after the TIO blowing air to the second powder aerosolization, from the time to hit the substrate to the TIO 2 powder at a speed of 150m / s TIO 2 powder The more deposited the substrate, the faster the impact rate, the more efficient the TIO 2 powder is bonded to the substrate. However, the collision speed for DSSC manufacturing is suitable up to 600m / s, and when colliding at a higher speed, the defect rate of the TIO 2 powder is increased, thereby reducing the telephone mobility.

운동에너지 법칙 E=1/2mv2에 의해, TiO2의 질량 m이 일정할 때 속도 v를 크게 할수록 큰 운동에너지 E를 갖게 된다. 어떤 임계 운동에너지 Ecrit 이상에서는 물질이 기판에 충돌할 경우 부분적 표면 원자들의 재배열 혹은 부분적 용융 현상이 일어난다. 즉 운동에너지가 부분적 열에너지로 전환이 일어나게 되는 것이다. 이를 "collision-induced partical surface melting"이라 한다. 이와 유사하게 두 입자간의 충돌이 일어나는 경우도 어떤 임계 운동에너지 Ecrit 이상에서는 입자간 부분적 융합이 발생할 수 있다. 이를 "collision-induced interparticle partical surface melting"이라 한다. 따라서, 충돌 대상에 따라 금속결합, 화합결합이 모두 가능하며, 이는 임계 운동에너지 Ecrit 이상에서는 물질의 종류에 영향을 받지 않게 된다.According to the law of kinetic energy E = 1 / 2mv 2 , when the mass m of TiO 2 is constant, the larger the speed v, the larger the kinetic energy E is. Above a certain critical kinetic energy, E crit , when the material strikes the substrate, partial surface rearrangement or partial melting occurs. In other words, the conversion of kinetic energy into partial thermal energy occurs. This is called "collision-induced partical surface melting". Similarly, even when collisions between two particles occur, partial fusion between particles may occur above some critical kinetic energy, E crit . This is called "collision-induced interparticle partical surface melting". Therefore, depending on the collision object, both metal bonds and compound bonds are possible, which is not affected by the type of material above the critical kinetic energy E crit .

따라서, TiO2 분말에 임계 운동에너지 Ecrit을 부여함으로써 TiO2 후막을 형성시킬 수 있는 것이다. 본 발명에서는 초음속 팽창법 등을 이용하여 TiO2 분말을 150~600m/s의 속도로 가속시켜 기판에 충돌시킴으로써 TiO2-기판 간의 직접적인 결합을 유도하고, 이후 연이어 충돌되는 TIO2 분말과의 결합, 즉 TiO2-TiO2 간의 직접적인 결합을 계속적으로 유도함으로써 TiO2 후막을 제조할 수 있게 되는 것이다. Therefore, the TiO 2 thick film can be formed by applying the critical kinetic energy E crit to the TiO 2 powder. In the present invention, by using a supersonic expansion method and the like to accelerate the TiO 2 powder at a speed of 150 ~ 600m / s to impinge on the substrate to induce a direct bond between the TiO 2 -substrate, and subsequently successively collided TIO 2 Binding to powder, ie TiO 2 -TiO 2 By continually inducing direct bonding between the TiO 2 thick film can be prepared.

[도 1]의 (a)는 전술한 TiO2 후막 제조 방법을 실현하기 위한 장치를 도시한 것으로서, TiO2 분말을 에어로졸화시켜 고속으로 기판에 충돌시키기 위한 장치(이하, '에어로졸 증착장치')의 일 예를 도시한 것이다. 상기 에어로졸 증착장치는 에어로졸 챔버(1)와 증착챔버(12)로 나뉘어 있다. 상기 에어로졸 챔버(1) 내의 하부에는 TiO2 분말(2)이 도입된다. 연결관(5)을 통해서는 외부의 수송가스(3)가 유량조절부(4)에 의하여 일정한 양으로 도입되어 상기 TiO2 분말에 직접 분사된다. 가스 분사에 의해 TiO2 분말들이 기상으로 날리게 되며, 이에 따라 에어로졸(9)이 형성된다. 이렇게 생성된 에어로졸은 수송관(6)을 지나 선단부의 노즐(11)을 통해 증착챔버(12)의 진공부로 고속으로 분사된다. 고속으로 가속된 에어로졸은 기판(14)에 부딛혀 증착된다. 기판(14)은 홀더(15)로 고정시킬 수 있고, 홀더(15)는 홀더 높이조절부(16)를 통하여 기판(14)-노즐(11) 간의 거리를 조정할 수 있다. 상기 증착챔버(12) 내의 가스들은 배기부(17)를 통하여 연속적으로 배기할 수 있다. TiO2 분말의 가속은 펌핑속도가 클수록 커지며, 노즐에서 배출되는 순간 가속이 극대화된다.
FIG. 1A illustrates an apparatus for realizing the above-described TiO 2 thick film manufacturing method, which aerosolizes TiO 2 powder to impinge on a substrate at high speed (hereinafter, referred to as an 'aerosol deposition apparatus'). An example of this is shown. The aerosol deposition apparatus is divided into an aerosol chamber 1 and a deposition chamber 12. TiO 2 powder 2 is introduced into the lower part of the aerosol chamber 1. Through the connecting pipe 5, the external transport gas (3) is introduced in a predetermined amount by the flow control unit 4 is injected directly to the TiO 2 powder. TiO 2 powders are blown off by gas injection, thereby forming an aerosol 9. The aerosol thus produced is injected at high speed through the transport pipe 6 and through the nozzle 11 at the tip end to the vacuum of the deposition chamber 12. The aerosol accelerated at high speed is deposited upon the substrate 14. The substrate 14 may be fixed by the holder 15, and the holder 15 may adjust the distance between the substrate 14 and the nozzle 11 through the holder height adjusting unit 16. Gases in the deposition chamber 12 may be continuously exhausted through the exhaust unit 17. TiO 2 The acceleration of the powder increases as the pumping speed increases, maximizing the instantaneous acceleration from the nozzle.

[도 1]의 (b)는 TiO2 분말을 기판에 분사증착시키는 장치의 또 다른 예로서, 대면적 코팅에 사용된 노즐 및 코팅 방법을 도시하고 있다. 대면적 기판(14)이 인라인 상태에서 움직이고 가늘고 긴 타입의 노즐(11)을 통하여 TiO2 분말들이 초음속으로 가속되어 기판에 충돌된다. 이 때의 기판(14)으로는 플라스틱판을 포함한 플렉시블 기판, 유리기판, 실리콘 웨이퍼, 세라믹 기판, 금속기판 등을 적용할 수 있다. 이는 TiO2의 운동에너지가 임계 운동에너지 Ecrit를 넘을 때 기판과의 금속결합, 화합결합 등이 가능하다는 원리에 의한 것이다.
(B) of FIG. 1 is TiO 2 As another example of an apparatus for spray deposition of powder onto a substrate, the nozzle and coating method used for large area coating are shown. The large-area substrate 14 moves in an in-line state, and the TiO 2 powders are accelerated at supersonic speed and collided with the substrate through the elongated nozzle 11. At this time, the substrate 14 may be a flexible substrate including a plastic plate, a glass substrate, a silicon wafer, a ceramic substrate, a metal substrate, or the like. This is based on the principle that when the kinetic energy of TiO 2 exceeds the critical kinetic energy E crit , metal bonding and compound bonding with the substrate are possible.

[도 2]는 본 발명의 원리를 이용하여 형성된 TiO2 후막의 사진이다. 매우 균일하게 잘 형성되었음을 보여주며 광산란 효과에 의하여 우유빛을 띄게 되는데, 이는 태양전지에서 매우 중요한 요소가 된다. 이런 TiO2막을 염료에 담지시켜 DSSC을 만들면 투명해진다. 이는 [도 1]의 (a)에 도시된 에어로졸 증착장치를 이용하여 제조한 것인데, 증착 온도는 상온이고, 에어로졸 챔버의 압력은 550torr, 증착챔버의 압력은 5~10torr에서 실시하였다. 수송가스로는 헬륨가스를 사용하였고, 기판으로는 FTO가 코팅된 유리기판을 사용하였다.
2 is a photograph of a TiO 2 thick film formed using the principles of the present invention. It shows that it is formed very uniformly and becomes milky by the light scattering effect, which is a very important factor in solar cells. The TiO 2 film is immersed in a dye to make DSSC transparent. This is prepared by using the aerosol deposition apparatus shown in (a) of FIG. 1, the deposition temperature is room temperature, the aerosol chamber pressure is 550torr, the pressure of the deposition chamber was carried out at 5 ~ 10torr. Helium gas was used as the transport gas, and a glass substrate coated with FTO was used as the substrate.

[도 3]은 [도 2]를 통해 도시한 후막이 TiO2 후막임을 보여주는 XRD 패턴이다. [도 4]의 단면사진 및 [도 5]의 표면사진에서 보듯이 TiO2막이 매우 나노포러스하게 형성됨을 알 수 있다. 이는 [도 6]의 전자현미경사진(박막을 일부 뜯어낸 샘플)에서 보듯이 나노입자간 부분적인 결합이 본 발명의 원리에 의하여 유도되었기 때문이다. 즉 150~600m/s의 속도에서 나노입자의 충돌에너지가 일부 화학결합에너지로 전환되었기 때문이다. 이와 같이 나노포러스한 구조의 형성은 기존 액상 코팅법(페이스트법)에서도 가장 어려워하는 기술 중의 하나로서, 본 발명에서는 이런 구조가 자연스럽게 만들어지며 이는 DSSC에서 가장 중요한 요소가 된다.
FIG. 3 is an XRD pattern showing that the thick film shown in FIG. 2 is a TiO 2 thick film. It can be seen that the TiO 2 film is very nanoporously formed as shown in the cross-sectional photograph of FIG. 4 and the surface photograph of FIG. 5. This is because partial bonding between nanoparticles was induced by the principles of the present invention, as shown in the electron micrograph (sample obtained by partially removing the thin film) of FIG. 6. In other words, the collision energy of nanoparticles was converted into some chemical bond energy at a speed of 150 ~ 600m / s. The formation of such a nanoporous structure is one of the most difficult techniques in the existing liquid coating method (paste method), in the present invention, such a structure is naturally made, which is the most important element in the DSSC.

한편, 직경 50nm이하의 TiO2 분말을 기판에 증착시킬 때 가장 좋은 DSSC에 가장 좋은 나노포러스한 구조가 형성됨을 확인할 수 있었다. 반면 직경 100nm 이상의 일반 TiO2 분말인 경우에는 강력한 충돌에너지로 인하여 나노포러스한 구조가 만들어지지 않음을 확인할 수 있었다. 일예로서 직경이 200nm인 TiO2 분말은 직경이 20nm인 TiO2 분말과 비교하여 직경이 10배 크지만, 무게는 약 1000배 커진다. 즉, 충돌에너지가 1000배 커지며 이에 따라 기판에 충돌시 기판의 투명전도막을 일부 손상시키며 분말이 깨지기도 하고 기판에 패킹된다. 즉, 나노포러스한 구조가 만들어지지 않는다. 따라서 50nm이하의 TiO2 분말을 150~600m/s로 기판에 충돌시킬 때 DSSC 제조에 가장 이상적인 나노포러스한 후막이 얻어짐을 알 수 있었다. 이러한 TiO2 후막에는 염료가 잘 침투된다. 다만, TiO2만으로 DSSC를 제조하면 전압이 약 0.7V 정도 나오는데, 이는 물질의 밴드갭 에너지와 직접 연관된 것이다. 그런데 이 전압을 올릴 수 있다면 DSSC의 효율도 올릴 수 있는 것이고, 그 방법으로서 Ti의 일부를 다른 금속으로 대체하면 약간의 밴드갭 에너지 상승 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 TiO2 분말의 1~20wt%를 금속원소와 함금시킨 MTiOx로 대체할 때 DSSC의 효율이 극대화됨을 확인할 수 있었다.Meanwhile, when the TiO 2 powder having a diameter of 50 nm or less is deposited on the substrate, it was confirmed that the best nanoporous structure was formed in the best DSSC. On the other hand, in the case of general TiO 2 powder having a diameter of 100 nm or more, it was confirmed that the nanoporous structure was not made due to the strong collision energy. As an example of TiO 2 powder is 200nm diameter is only compared to the TiO 2 powder with a diameter of 20nm to 10 times larger in diameter, and weighs about 1000 times greater. That is, the collision energy is 1000 times larger, thereby partially damaging the transparent conductive film of the substrate when it collides with the substrate, and the powder is broken and packed in the substrate. That is, the nanoporous structure is not made. Therefore, when the TiO 2 powder of 50nm or less is impinged on the substrate at 150 ~ 600m / s it was found that the nanoporous thick film which is the most ideal for DSSC production. The dye penetrates well into the TiO 2 thick film. However, if DSSC is manufactured using TiO 2 alone, the voltage is about 0.7V, which is directly related to the bandgap energy of the material. However, if the voltage can be increased, the efficiency of the DSSC can be improved. As a method, a portion of Ti can be replaced with another metal to obtain a slight band gap energy increase effect. In the present invention, TiO 2 It was found that the efficiency of DSSC was maximized when replacing 1 ~ 20wt% of the powder with MTiOx containing metal element.

[도 7]은 전술한 바에 따라 제조된 TiO2 후막을 이용하여 제조된 DSSC를 촬영한 사진이다. 그리고 [도 8]은 위 DSSC의 구조를 모식적으로 도시한 것이다. [도 8]에 도시된 DSSC는 상, 하부 기판부(10)와 투명전극부(20)가 밀봉제 혹은 격벽(60)에 의해 분리되어 있다. 하부 투명전극에는 염료가 흡착된 다공질의 TiO2 후막(30)이 형성되어 있고, 상부 투명전극에는 촉매층(40)이 형성되어 있으며, 촉매층과 TiO2 후막 사이에는 전해질층(50)이 충진되어 있다. 상기 기판부는 플라스틱, 유리, 금속, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서의 전해질층은 고분자계 전해질 등을 이용할 수 있다. 또한 본 발명에서의 DSSC에 별도로 열전 발전장치를 장착하여 DSSC에서 흡수하는 태양광 파장영역 이외의 나머지 파장영역에 대한 태양광의 손실열 부분을 흡수하여 전기를 발생시키는 열전 발전소자부를 구비할 수 있다. FIG. 7 is a photograph of a DSSC prepared using a TiO 2 thick film prepared as described above. 8 schematically illustrates the structure of the DSSC. In the DSSC shown in FIG. 8, the upper and lower substrate portions 10 and the transparent electrode portions 20 are separated by a sealant or a partition wall 60. A porous TiO 2 thick film 30 having dye adsorbed is formed on the lower transparent electrode, a catalyst layer 40 is formed on the upper transparent electrode, and an electrolyte layer 50 is filled between the catalyst layer and the TiO 2 thick film. . The substrate part may use plastic, glass, metal, ceramic, or the like. As the electrolyte layer in the present invention, a polymer electrolyte or the like can be used. In addition, the thermoelectric power generation unit may be provided separately from the DSSC according to the present invention to absorb the heat loss portion of the sunlight for the remaining wavelength region other than the solar wavelength region absorbed by the DSSC to generate electricity.

1 : 에어로졸 챔버, 2 : TiO2 분말, 3 : 수송가스, 4 : 유량 조절부,
5 : 연결관, 6 : 수송관, 9 : 에어로졸, 11 : 노즐, 12 : 증착챔버,
14 : 기판, 15 : 홀더, 16 : 높이 조절부, 17 : 배기부,
10 : 기판부, 20 : 투명전극부, 30 : TiO2 후막, 40 : 촉매층,
50 : 전해질층, 60 : 격벽1: aerosol chamber, 2: TiO 2 powder, 3: transport gas, 4: flow control unit,
5 connector, 6 transport tube, 9 aerosol, 11 nozzle, 12 deposition chamber,
14 substrate, 15 holder, 16 height adjusting portion, 17 exhaust portion,
10: substrate portion, 20: transparent electrode portion, 30: TiO 2 thick film, 40: catalyst layer,
50: electrolyte layer, 60: partition wall

Claims (5)

(a) 기판을 준비하고, 직경이 50nm이하인 TiO2 분말을 마련하는 단계; 및
(b) 상기 TiO2 분말을 150~600m/s의 속도로 상기 기판에 분사 증착시켜 1~30㎛ 두께의 TiO2 후막을 형성시키는 단계;
(c) 상기 TiO2 후막에 염료를 침투시키는 단계; 를 포함하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법에 있어서,
상기 TiO2 분말의 1~20wt%는 금속원소와 함금시킨 것임을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법.
(a) preparing a substrate and preparing a TiO 2 powder having a diameter of 50 nm or less; And
(b) spray-depositing the TiO 2 powder onto the substrate at a rate of 150 to 600 m / s to form a TiO 2 thick film having a thickness of 1 to 30 μm;
(c) infiltrating dye into the TiO 2 thick film; In the dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process comprising a,
1 to 20 wt% of the TiO 2 powder is a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the alloying with a metal element.
삭제delete 제1항에서,
상기 기판은 유리판 위에 FTO가 코팅된 것을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법.
In claim 1,
The substrate is a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the FTO is coated on a glass plate.
제1항에서,
상기 기판은 금속판인 것을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법.
In claim 1,
The substrate is a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the metal plate.
제1항에서,
상기 기판은 플라스틱판 위에 ITO 또는 ZnO가 코팅된 것을 특징으로 하는 드라이 프로세스에 의한 염료감응형 태양전지 제조방법.
In claim 1,
The substrate is a dye-sensitized solar cell manufacturing method by a dry process, characterized in that the ITO or ZnO coated on a plastic plate.
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