KR101118187B1 - Method for forming Nano-Sized Blocking layer and Dye-Sensitized Photovoltaic Cell Having the Blocking Layer of Metal Oxide and Method for Manufacturing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노크기의 금속산화물 차단층의 형성방법 및 그 차단층을 구비한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 금속산화물 나노입자를 용매에 균일하게 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계; 전도성 기판의 상부로 나노입자가 적층되도록 상기 분산용액을 전기분사하여 차단층을 형성하는 단계; 상기 차단층의 상부로 염료감응을 위한 다공성막을 형성하는 단계; 및 상기 다공성막에 염료를 흡착시키는 단계를 포함한다.
The present invention relates to a method for forming a nano-sized metal oxide barrier layer, a solar cell having the barrier layer and a method of manufacturing the same.
The present invention comprises the steps of preparing a dispersion solution by uniformly dispersing the metal oxide nanoparticles in a solvent; Forming a blocking layer by electrospraying the dispersion solution so that the nanoparticles are stacked on the conductive substrate; Forming a porous membrane for dye-sensitization on top of the barrier layer; And adsorbing a dye on the porous membrane.

Description

나노크기의 금속산화물 차단층의 형성방법 및 그 차단층을 구비한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법{Method for forming Nano-Sized Blocking layer and Dye-Sensitized Photovoltaic Cell Having the Blocking Layer of Metal Oxide and Method for Manufacturing the Same}Method for forming Nano-Sized Blocking layer and Dye-Sensitized Photovoltaic Cell Having the Blocking Layer of Metal Oxide and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 나노크기의 금속산화물을 직접 전기분사하여 전극을 제조할 수 있어 제조공정이 단순하여 작업성을 향상할 수 있는 나노크기의 금속산화물 차단층의 형성방법 및 그 차단층을 구비한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same, a nano-sized metal oxide blocking layer that can be directly electrosprayed nano-sized metal oxide can be manufactured in the electrode manufacturing process to improve the workability The present invention relates to a dye-sensitized solar cell provided with the method and a blocking layer thereof and a method for producing the same.

염료감응 태양전지(dye-sensitized photovoltaic cell)는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로 대표되는 것으로서, 일반적으로 반도체 전극(photo electrode), 상대전극(counter electrode), 및 전해질로 구성된다. 그 중 반도체 전극은 투명전도성 산화물 기판 위에 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 금속산화물 나노입자 및 감광성 염료를 흡착시켜 사용하고, 상대전극으로는 백금(Pt)을 코팅하여 사용한다.Dye-sensitized photovoltaic cells are representative of photoelectrochemical solar cells published by Gratzel et al. In Switzerland in 1991. Generally, photo-electrode, counter electrode, And an electrolyte. Among them, a semiconductor electrode is used by adsorbing metal oxide nanoparticles having a wide bandgap energy and a photosensitive dye on a transparent conductive oxide substrate, and coated with platinum (Pt) as a counter electrode.

염료감응 태양전지는 태양광이 입사되면 태양광을 흡수한 감광성 염료가 여기상태(勵起狀態, excited state)로 되어 전자를 금속산화물의 전도대로 보낸다. 전도된 전자는 전극으로 이동하여 외부 회로로 흘러가서 전기에너지를 전달하고, 전기에너지를 전달한 만큼 낮은 에너지 상태가 되어 상대전극으로 이동한다. 그 후, 감광성 염료는 금속산화물에 전달한 전자수 만큼 전해질 용액으로부터 전자를 공급받아 원래의 상태로 돌아가게 되는데, 이때 사용되는 전해질은 산화-환원 반응에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 감광성 염료에 전달하는 역할을 한다.In the dye-sensitized solar cell, when the sunlight is incident, the photosensitive dye absorbing the sunlight is in an excited state to send electrons to the conduction band of the metal oxide. The conducted electrons move to the electrode and flow to the external circuit to transfer the electric energy, and as low as the electric energy is transferred, the electrons move to the counter electrode. After that, the photosensitive dye is supplied with electrons from the electrolyte solution as much as the number of electrons transferred to the metal oxide and returned to its original state. In this case, the electrolyte used receives the electrons from the counter electrode by an oxidation-reduction reaction and transfers them to the photosensitive dye. Play a role.

이러한 염료감응 태양전지는 그 생산단가가 저렴하여 종래의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 그러나 염료감응 태양전지는 종래의 실리콘 태양전지에 비하여 에너지 전환효율(energy conversion efficiency)이 낮아 상용화가 어려운 단점이 있다.Such dye-sensitized solar cells are spotlighted as next generation solar cells that can replace conventional silicon solar cells due to their low production cost. However, dye-sensitized solar cells have a disadvantage in that commercialization is difficult due to lower energy conversion efficiency than conventional silicon solar cells.

염료감응 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위해서는 전지의 감광성 염료에 도달하는 태양광의 손실을 최소화하고, 태양광에 의해 염료에서부터 발생된 전하가 각각의 전극으로 원활하게 이동하도록 하는 것이 중요하다.In order to increase the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell, it is important to minimize the loss of sunlight reaching the photosensitive dye of the cell and to allow the charge generated from the dye to move to each electrode smoothly.

염료감응 태양전지를 구성하는 2 개의 전극 중, 금속산화물 나노입자를 포함하는 반도체 전극(photo electrode)은 일반적으로 전도성 기판 위에 금속산화물 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하고 고온에서 소결하는 방법으로 제조된다.Of the two electrodes constituting the dye-sensitized solar cell, a semiconductor electrode including metal oxide nanoparticles is generally manufactured by applying a paste containing metal oxide nanoparticles onto a conductive substrate and sintering at high temperature. .

그러나, 나노입자의 특성상 상기 페이스트가 전도성 기판에 완벽하게 도포될 수 없으며, 이로 인하여 금속산화물 나노입자가 도포되지 않은 부분의 기판이 전해질과 직접 접촉하게 되어 기판에 도달한 전자가 전해질로 소실되며, 그에 따라 전지의 에너지 전환효율이 낮아지게 된다.However, due to the nature of the nanoparticles, the paste cannot be completely applied to the conductive substrate, which causes the substrate of the portion where the metal oxide nanoparticles are not applied to come into direct contact with the electrolyte, and the electrons reaching the substrate are lost to the electrolyte. As a result, the energy conversion efficiency of the battery is lowered.

또한, 일반적으로 반도체 전극용 기판에는 높은 소결온도에서도 안정한 FTO(Fluorine-doped tin oxide)를 사용하게 되는데, FTO는 표면이 거칠기 때문에 기판에 도달한 태양광이 기판의 거친 표면에서 산란될 수 있으며, 전극의 투명도가 떨어지기 때문에 입사된 태양광이 염료에 효과적으로 전달되지 못하는 단점이 있다.In addition, in the semiconductor electrode substrate, Fluorine-doped tin oxide (FTO), which is stable even at a high sintering temperature, is used. Since the FTO has a rough surface, sunlight reaching the substrate may be scattered on the rough surface of the substrate. Since the transparency of the electrode is inferior, the incident solar light cannot be effectively transmitted to the dye.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 차단층을 형성함으로 인해 기판과 전해질의 직접적인 접촉을 차단시키고 전자 전이를 막아 에너지 전환효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기판의 거친 표면에 의한 빛의 산란을 방지하고, 투광도가 우수한 염료감응 태양전지를 개발하였다. In order to solve the above problems, by forming a blocking layer, it is possible to block direct contact between the substrate and the electrolyte and to prevent electron transfer, thereby improving energy conversion efficiency, and to prevent scattering of light due to the rough surface of the substrate. We developed a dye-sensitized solar cell with excellent light transmittance.

이러한 차단층을 구비한 태양전지는 특허등록 제 10-854711호 및 제 10-908243호에 각각 개시된 바 있다. Solar cells having such a blocking layer have been disclosed in Patent Registration Nos. 10-854711 and 10-908243, respectively.

상기 특허 제 10-854711호에는 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 및 이의 제조방법을 개시하고 있다. 개시된 내용을 살펴보면, 염료감응 태양전지용 광전극을 제조하기 위해 전도성 기판을 준비하고, 기판의 일면에 금속산화물을 포함하는 차단층을 형성시킨 후, 차단층 상에 금속산화물 나노 입자를 포함하는 다공질막을 형성시킨 후, 감광성 염료를 흡착시키는 기술을 개시하고 있다. Patent No. 10-854711 discloses a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell including a blocking layer and a method of manufacturing the same. Referring to the disclosed contents, a conductive substrate is prepared to manufacture a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell, a blocking layer including a metal oxide is formed on one surface of the substrate, and then a porous film including metal oxide nanoparticles is formed on the blocking layer. After forming, a technique of adsorbing a photosensitive dye is disclosed.

상기의 차단층은 금속산화물 전구체 용액을 도포한 후 열처리하여 형성하는 것이나, 인체에 유해한 전구체 용액의 사용은 친환경적이지 못하고 추후 열처리 공정을 거쳐야하므로 작업성이 저하되는 문제점이 있었다. The barrier layer is formed by applying heat treatment after applying the metal oxide precursor solution, but the use of the precursor solution that is harmful to the human body is not environmentally friendly, and there is a problem that the workability is deteriorated since the heat treatment process is required.

한편, 상기 특허 제 10-908243호를 살펴보면, 전자 재결합 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 개시된 내용을 살펴보면, Meanwhile, referring to Patent No. 10-908243, a dye-sensitized solar cell including an electron recombination blocking layer and a method of manufacturing the same are disclosed. Looking at the disclosure,

전도성 기판위에 금속층을 형성하고, 금속층을 산화시켜 금속 산화막을 차단층으로 생성한 후 차단층 위에 다공성 금속 산화물 반도체층을 형성하는 기술을 개시하고 있다. A technique of forming a metal layer on a conductive substrate, oxidizing the metal layer to form a metal oxide film as a blocking layer, and then forming a porous metal oxide semiconductor layer on the blocking layer is disclosed.

상기 차단층을 형성하기 위해 증착공정을 통해 기판상에 금속층을 형성한 후, 열처리를 통해 산화시켜야 하는 공정이 요구된다. 따라서, 이러한 차단층은 금속층을 형성하기 위해 증착공정을 거쳐야하고 금속층의 산화를 위해 열처리도 수반되어야 하므로 작업성이 떨어진다. 아울러, 증착공정은 고비용을 초래하므로 제조단가의 상승에도 영향을 미치며, 대면적화가 곤란한 문제점이 있다. In order to form the barrier layer, a process of forming a metal layer on a substrate through a deposition process and then oxidizing it through heat treatment is required. Therefore, the barrier layer must be subjected to a deposition process to form a metal layer, and also has to be accompanied by heat treatment for the oxidation of the metal layer, the workability is poor. In addition, since the deposition process incurs high cost, it also affects an increase in manufacturing cost, and it is difficult to increase the area.

KR 10-0908243 BKR 10-0908243 B KR 10-0854711 BKR 10-0854711 B

따라서, 본 발명의 목적은 전구체 용액을 사용하지 않고 금속산화물을 직접 코팅하여 차단층을 제조하므로 별도의 증착공정이나 열처리 공정을 생략하여 공정을 단순화할 수 있는 나노크기의 금속산화물 차단층의 형성방법 및 그 차단층을 구비한 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to prepare a barrier layer by directly coating a metal oxide without using a precursor solution, so a method of forming a nano-sized metal oxide barrier layer can be simplified by omitting a separate deposition process or heat treatment process. And a solar cell provided with the blocking layer and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명의 목적은 나노크기의 금속산화물을 차단층으로 구비하여 광전효율을 좋게 할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 있다. It is also an object of the present invention to provide a solar cell and a method of manufacturing the same, which can improve photoelectric efficiency by providing a nano-sized metal oxide as a blocking layer.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 금속산화물 나노입자를 용매에 균일하게 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계; 및 전도성 기판의 상부로 나노입자가 적층되도록 상기 분산용액을 전기분사하여 차단층을 형성하는 단계를 포함하는 차단층의 형성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the step of preparing a dispersion solution by uniformly dispersing the metal oxide nanoparticles in a solvent; And forming a blocking layer by electrospraying the dispersion solution so that the nanoparticles are stacked on the conductive substrate.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 금속산화물 나노입자를 용매에 균일하게 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계; 전도성 기판의 상부로 나노입자가 적층되도록 상기 분산용액을 전기분사하여 차단층을 형성하는 단계; 상기 차단층의 상부로 염료감응을 위한 다공성막을 형성하는 단계; 및 상기 다공성막에 염료를 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the metal oxide nanoparticles are uniformly dispersed in a solvent to prepare a dispersion solution; Forming a blocking layer by electrospraying the dispersion solution so that the nanoparticles are stacked on the conductive substrate; Forming a porous membrane for dye-sensitization on top of the barrier layer; And it provides a method for producing a dye-sensitized solar cell comprising the step of adsorbing a dye on the porous membrane.

상기 인가전압은 5~14kV인 것을 특징으로 한다. The applied voltage is characterized in that 5 ~ 14kV.

상기 용매는 알코올계열의 유기용매, 증류수, 및 이들의 혼합용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. The solvent is characterized in that any one of an alcohol-based organic solvent, distilled water, and a mixed solution thereof.

상기 금속 산화물 나노입자는 산화티타늄,산화아연,산화주석,산화니오륨,산화텅스텐,산화스트론튬,또는 산화지르코늄 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다. The metal oxide nanoparticles may be at least one selected from titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, nirium oxide, tungsten oxide, strontium oxide, or zirconium oxide.

금속산화물 나노입자는 직경이 l 내지 50㎚인 것을 특징으로 한다. The metal oxide nanoparticles are characterized by having a diameter of 1 to 50 nm.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법에 대해 상세히 기술하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

염료감응 태양전지의 제조방법은 반도체 전극 준비 단계, 상대전극 준비 단계, 두 전극의 조립, 및 전해질 주입 단계로 나눌 수 있는데, 상대 전극 준비단계, 두 전극의 조립 및 전해질 주입 단계는 공지 기술에 따르는 통상의 방법으로 할 수 있다. 본 발명의 특징은 나노크기의 금속산화물의 차단층을 갖는 반도체 전극 준비 단계에 있으므로 이에 대해 상세히 설명한다. Dye-sensitized solar cell manufacturing method can be divided into semiconductor electrode preparation step, counter electrode preparation step, assembling of two electrodes, and electrolyte injection step, the counter electrode preparation step, assembly of the two electrodes and electrolyte injection step according to the known technology It can be done in a usual way. A feature of the invention is described in detail because it is in the step of preparing a semiconductor electrode with a nanosized metal oxide blocking layer.

본 발명은 금속산화물과 용매를 혼합하여 분산용액을 제조하고, 분산용액을 인가 전압을 조절하여 나노입자가 기공 없이 적층되도록 전기분사하여 차단층을 형성한 반도체 전극을 제조하여 태양전지의 광전효율을 향상시킨다. The present invention is to prepare a dispersion solution by mixing a metal oxide and a solvent, to prepare a semiconductor electrode formed by forming a blocking layer by electrospraying the dispersion solution so that the nanoparticles are stacked without pores by controlling the applied voltage to improve the photoelectric efficiency of the solar cell Improve.

본 발명의 반도체 전극에 쓰이는 금속산화물 나노입자는 산화티타늄,산화아연,산화주석,산화니오륨,산화텅스텐,산화스트론륨,또는 산화지르코늄 등을 이용할 수 있으며, 이 중 산화티타늄 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다. The metal oxide nanoparticles used in the semiconductor electrode of the present invention may use titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, nitric oxide, tungsten oxide, strontium oxide, or zirconium oxide, among which titanium oxide nanoparticles are used. It is desirable to.

이들 금속산화물 나노입자는 직경이 l 내지 50㎚이며, 길이 대비 직경 (aspect ratio)은 1 내지 100 이고, 10 내지 300 m2/g의 비표면적을 지닌 것을 이용하는 것이 바람직하다. 특히 직경이 5 내지 30㎚이면서 50 내지 250 m2/g 정도의 높은 비표면적을 갖는 나노입자를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. These metal oxide nanoparticles have a diameter of 1 to 50 nm, an aspect ratio of 1 to 100, and preferably have a specific surface area of 10 to 300 m 2 / g. In particular, it is more preferable to use nanoparticles having a diameter of 5 to 30 nm and a high specific surface area of about 50 to 250 m 2 / g.

여기서, 1㎚ 미만의 금속산화물 나노입자의 경우는 물질자체를 만들기 어렵고 만들더라도 고비용이므로 적합하지 않다. 또한, 치밀한 구조와 빛의 산란을 막기 위해 나노사이즈의 금속산화물을 사용하는데, 50㎚를 초과하는 금속산화물 나노입자의 경우는 입자가 커서 산란이 시작되고 입자 사이의 10㎚ 이상의 기공이 발생할 수 있으므로 적합하지 않다. Here, the metal oxide nanoparticles of less than 1nm is not suitable because it is difficult to make the material itself and high cost even if made. In addition, nano-sized metal oxides are used to prevent the light structure from being scattered. For metal oxide nanoparticles larger than 50 nm, the particles are large so that scattering may start and pores of more than 10 nm may occur between the particles. Inappropriate.

이러한 나노입자를 이용할 경우 고비표면적을 지니므로 차단층에 적합한 닫힌 기공구조(closed core)가 형성된다. When such nanoparticles are used, they have a high specific surface area and thus a closed core suitable for the barrier layer is formed.

상기의 금속산화물 나노입자는 용매에 분산되어 반도체 전극의 제조를 위한 분산액 형태로 제조된다. The metal oxide nanoparticles are dispersed in a solvent to prepare a dispersion in the form of a semiconductor electrode.

이와 같은 분산액 제조를 위한 분산용매로서는 금속산화물이 분산 가능하고, 휘발성을 갖는 것으로, 알코올 계열의 유기용매가 사용되며, 예를 들면, 에탄올이 바람직하며,통상 산화티타늄 나노입자를 에탄올 용액에 10중량%의 농도로 제조한다. 분산액의 농도는 대략 0.1~30중량%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 분산용매는 알코올 계열의 유기용매와, 증류수와, 그 혼합용액도 사용 가능하다. As a dispersion solvent for preparing such a dispersion, a metal oxide is dispersible and volatile. An alcohol-based organic solvent is used. For example, ethanol is preferable. Titanium oxide nanoparticles are usually added to an ethanol solution by 10 weight. Prepare at a concentration of%. It is preferable to make concentration of a dispersion into about 0.1-30 weight%. In addition, the dispersion solvent may be an alcohol-based organic solvent, distilled water, and a mixed solution thereof.

이러한 본 발명의 분산용매에 금속산화물 나노입자가 분산되는데,일반적으로 금속산화물 나노입자가 분말상일 경우 제조과정에서 이미 나노입자 분말이 수백 ㎚ 크기로 서로 응집되어 있기 때문에, 제조된 분산액은 균질하지 않게 된다. 따라서, 응집된 나노입자를 분쇄하기 위하여 예를 들면, 초음파 분쇄, 마이크로 비드밀(micro bead mill)을 사용하여 기계적 분산을 하게 된다. The metal oxide nanoparticles are dispersed in the dispersion solvent of the present invention. In general, when the metal oxide nanoparticles are in powder form, the nanoparticle powders are already aggregated with each other in the size of several hundred nm, so that the prepared dispersion is not homogeneous. do. Therefore, in order to grind the aggregated nanoparticles, for example, ultrasonic dispersion, a micro bead mill (micro bead mill) is used for mechanical dispersion.

이러한 분산작업에 의해 응집된 금속산화물 나노분말이 1차 나노입자의 크기로 완전히 분리되어 분산된 균질 분산액을 제조하여 나노입자들이 분리된 매우 균질한 분산액을 제조할 수 있다.By the dispersion operation, the aggregated metal oxide nanopowders are completely separated into the size of the primary nanoparticles to prepare a homogeneous dispersion in which the nanoparticles are separated, thereby preparing a very homogeneous dispersion in which the nanoparticles are separated.

이 때, 분산용매에 분산되는 금속산화물 나노입자의 첨가량은 전체 분산액의 중량 대비 0.1 내지 30 중량%인 것이 바람직하고,0.1중량% 미만인 경우는 입자의 분산성을 크게 향상시킬 수 있으나,생산성이 너무 떨어지고 용매의 휘발에 문제가 발생하여 바람직하지 못하고, 30 중량% 초과인 경우에 나노입자의 분산이 어려워 분산입자의 크기가 커지거나 가라앉는 경우가 생기므로 차단층의 역할에 바람직하지 못하다. At this time, the addition amount of the metal oxide nanoparticles dispersed in the dispersion solvent is preferably 0.1 to 30% by weight relative to the weight of the total dispersion, if less than 0.1% by weight can greatly improve the dispersibility of the particles, but the productivity is too It is not preferable because the fall and the problem of volatilization of the solvent is not preferable, the dispersion of the nanoparticles is difficult to disperse when it exceeds 30% by weight, which is not preferable to the role of the barrier layer.

이와 같은 본 발명의 금속산화물 나노입자 분산액은 특히 종래와는 달리, 고분자를 비롯한 유기 바인더를 함유하지 않고 유기용매만을 사용하여 금속산화물 나노입자를 분산시킨 용액으로,추후 공정에서 금속산화물층에 균열이 생기지 않아 높은 광전변환효율을 가지게 된다.Such a metal oxide nanoparticle dispersion of the present invention is a solution in which the metal oxide nanoparticles are dispersed using only an organic solvent, and do not contain an organic binder including a polymer. It does not occur and has high photoelectric conversion efficiency.

상기와 같이 제조된 금속산화물 나노입자의 균일한 분산액은 전도성 기판에 전기분사하여 반도체 전극을 제조한다. The uniform dispersion of the metal oxide nanoparticles prepared as described above is electrosprayed onto the conductive substrate to prepare a semiconductor electrode.

본 발명에서 사용할 수 있는 전도성 기판으로는 전도성 유리기판,투명 전도성 플라스틱 기판 및 금속기판이 있다. 전도성 유리기판이나 투명 전도성 플라스틱기판은 투명한 유리 또는 플라스틱 기판 위에 전도성 박막이 코팅된 것을 사용할 수 있다. 상기 전도성 박막으로는 ITO(indium tin oxide), FTO, 또는 ITO 위에 ATO (antimony tin oxide) 나 FTO가 코팅된 박막이 사용될 수 있다.Conductive substrates that can be used in the present invention include a conductive glass substrate, a transparent conductive plastic substrate and a metal substrate. The conductive glass substrate or the transparent conductive plastic substrate may use a conductive thin film coated on the transparent glass or plastic substrate. As the conductive thin film, indium tin oxide (ITO), FTO, or a thin film coated with antimony tin oxide (ATO) or FTO on the ITO may be used.

이와 같은 전도성 기판 위에 분산용액을 분사(spray) 하는 방식으로서 본 발명에서는 분사노즐과 전도성 기판 사이에 고전압 전기장을 부여하는 전기분사 (electrospray) 방법을 이용하는데, 이를 이용한 본 발명의 나노크기의 금속산화물 차단층의 제조공정의 구체적인 원리를 도 l을 참조하여 설명하면 다음과 같다.As a method of spraying a dispersion solution onto such a conductive substrate, the present invention uses an electrospray method for imparting a high voltage electric field between the spray nozzle and the conductive substrate, using the nanosized metal oxide of the present invention. The specific principle of the manufacturing process of the barrier layer will be described with reference to FIG.

도 1을 참고하면, 금속산화물 나노입자의 균일 분산액을 분산액 공급장치(1)에 충진한후, 분사노즐(3)에 정량적으로 공급하고 분사노즐(3)과 전도성 기판(4) 사이에 고전압발생기(2)로부터 고전압을 부여하게 되면,균일한 분산액이 극미세 방울로 분사되면서 전도성 기판(4)으로 날아가게 된다. 분사된 극미세 방울이 전도성 기판(4)으로 날아가는 과정에서 유기용매의 급격한 증발이 일어나고,극미세 방울속에 분산된 금속산화물 나노입자들은 정전기적 친화력으로 서로 매우 견고하게 응집되어, 금속산화물 나노입자들로 구성되어 닫힌 기공구조를 형성하게 되고, 이러한 닫힌 기공구조로 나노입자들이 전도성기판에 축적된다, Referring to FIG. 1, a uniform dispersion of metal oxide nanoparticles is filled in the dispersion supply apparatus 1, and then quantitatively supplied to the injection nozzle 3 and a high voltage generator is formed between the injection nozzle 3 and the conductive substrate 4. When a high voltage is applied from (2), the uniform dispersion is blown into the fine droplets and is blown to the conductive substrate 4. As the jetted microdroplets fly to the conductive substrate 4, the organic solvent rapidly evaporates, and the metal oxide nanoparticles dispersed in the microdroplets are very firmly aggregated with each other by electrostatic affinity, To form a closed pore structure, in which the nanoparticles accumulate on the conductive substrate.

이때, 전기분사의 온도는 10~40℃가 바람직하며 가장 바람직하게는 20~30℃이며, 습도는 1~70%가 바람직하며 가장 바람직하게는 20-40%이다. At this time, the temperature of the electrospray is preferably 10 ~ 40 ℃, most preferably 20 ~ 30 ℃, the humidity is preferably 1 ~ 70%, most preferably 20-40%.

상기 분사노즐(3)과 전도성기판(4)과의 거리는 3~15cm가 바람직하며, 가장 바람직하게는 7~10cm이다. 또한, 인가전압은 바람직하게는 5~14kV가 바람직하며, 가장 바람직하게는 7~11kV이다. 여기서, 인가전압이 5kV미만인 경우는 전기분사가 불가능하며, 14kV초과인 경우는 금속산화물 나노입자끼리 뭉치는 현상이 발생하여 균일한 나노입자를 형성하지 못한다. The distance between the injection nozzle 3 and the conductive substrate 4 is preferably 3 to 15 cm, most preferably 7 to 10 cm. In addition, the applied voltage is preferably 5 to 14 kV, most preferably 7 to 11 kV. In this case, when the applied voltage is less than 5kV, the electrospray is impossible, and when the applied voltage exceeds 14kV, the metal oxide nanoparticles agglomerate and do not form uniform nanoparticles.

첨부한 도 3은 본 발명의 방법에 따라 기판 위에 형성된 나노입자의 금속산화물 차단층의 사진으로서, 사진에서 보는 바와 같이 본 발명의 차단층은 금속산화물 나노입자들이 균일하게 형성되어 기공이 없이 빼곡히 형성된 상태를 보여주며, 닫힌 기공구조의 특성을 가지게 된다. FIG. 3 is a photograph of a metal oxide blocking layer of nanoparticles formed on a substrate according to the method of the present invention. As shown in the photo, the blocking layer of the present invention is formed without any pores by uniformly forming metal oxide nanoparticles. It shows the state and has the characteristics of closed pore structure.

상기와 같이 전기분사에 의해 형성된 나노입자의 금속산화물 차단층의 상부로 다공성막을 형성하여 염료감응 태양전지용 반도체 전극을 제조하기 위해 다공성막에 염료를 흡착시킨다. 예를 들어 루테늄계 염료 분자(3×lO4 M 농도의 N719 염료 등)가 용해된 에탄올 용액에 다공성막이 형성된 전도성 기판을 12시간 이상 함침시켜 염료를 흡착시킨 후 에탄올로 세척 및 건조시켜,염료가 흡착된 반도체 전극을 완성한다. 이러한 다공성막에 흡착되는 염료로는 루테늄(ruthenium)계 염료 또는 쿠마린(coumarin)계의 유기 염료가 바람직하나,이에 한정되는 것은 아니다.As described above, a porous membrane is formed on the metal oxide blocking layer of the nanoparticles formed by electrospray to adsorb dye to the porous membrane to manufacture a semiconductor electrode for dye-sensitized solar cell. For example, an ethanol solution in which ruthenium-based dye molecules (such as N719 dye at a concentration of 3 × 10 4 M) is dissolved is impregnated with a conductive substrate having a porous membrane for at least 12 hours to adsorb the dye, followed by washing and drying with ethanol. The absorbed semiconductor electrode is completed. The dye adsorbed on the porous membrane is preferably ruthenium-based dyes or coumarin-based organic dyes, but is not limited thereto.

이상 설명한 반도체 전극 제조공정이 본 발명의 염료감응 태양전지 제조공정에 있어서 특정적인 부분이며,그 이외의 상대전극 제조공정과 두 전극의 조립 및 전해질 주입 공정은 통상의 방법으로 실시할 수 있다.The semiconductor electrode manufacturing process described above is a specific part of the dye-sensitized solar cell manufacturing process of the present invention, and the other electrode manufacturing process, the assembly of the two electrodes, and the electrolyte injection process can be carried out by a conventional method.

예를 들어, ITO 또는 FTO가 코팅된 투명 플라스틱 또는 유리기판 위에 백금층을 코팅하여 상대 전극을 제조할 수 있다. 또한 이러한 백금층 대신에 탄소 입자,탄소나노섬유,탄소나노튜브,그래펜 단일층 및 그래펜 다중층(20층 이하,두께 5㎚ 이하),전도성 고분자,또는 이들의 혼합물로 이루어진 코팅층이 사용될 수 있다.For example, the counter electrode may be manufactured by coating a platinum layer on a transparent plastic or glass substrate coated with ITO or FTO. In addition, instead of the platinum layer, a coating layer made of carbon particles, carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphene monolayers and graphene multilayers (20 layers or less, thickness 5 nm or less), conductive polymers, or mixtures thereof may be used. have.

그리고 이와 같이 제조된 상대 전극(양극)과 반도체 전극(음극)을 조립한다.The counter electrode (anode) and the semiconductor electrode (anode) thus produced are assembled.

양 전극을 조립할 때는 양극 및 음극에서 전도성 표면이 안쪽으로 오도록 한다. 다음으로,상기 두 전극 사이의 공간에 액체 전해질이나 고분자 겔 전해질을 채워 넣는다. 예컨대,액체 전해질로는 아세토니트릴/발레로니트릴 혼합액에 헥실 디메틸이미다졸리움 요오드,구아니딘 티오시아네이트,요오드 및 4급 부틸피리딘이 용해된 액체 전해질을 사용할 수 있다. 고분자 겔 전해질로는 폴리비닐라덴플로라이드-코-폴리헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidenefluoride-co-polyhexafluoropropylene), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile),폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide) 및 폴리알킬아크릴레이트(polyalkylacrylate)로 이루어진 군 중에서 선택한 고분자를 이용하는 것이 바람직하며,상기 액체 전해질에 이들 중 하나 이상의 고분자를 액체전해질 중량을 기준으로 5 내지 20 중량부 함유시켜 제조하는 것이 바람직하다.When assembling the positive electrodes, the conductive surfaces on the positive and negative electrodes face inward. Next, a liquid electrolyte or a polymer gel electrolyte is filled in the space between the two electrodes. For example, a liquid electrolyte in which hexyl dimethyl imidazolium iodine, guanidine thiocyanate, iodine and quaternary butylpyridine is dissolved in an acetonitrile / valeronitrile mixed solution can be used. The polymer gel electrolyte includes polyvinylidenefluoride-co-polyhexafluoropropylene, polyacrylonitrile, polyethyleneoxide and polyalkylacrylate. It is preferable to use a polymer selected from among, and it is preferable to contain 5 to 20 parts by weight of one or more of these polymers in the liquid electrolyte based on the weight of the liquid electrolyte.

첨부한 도 2는 지금까지 설명한 방법에 따라 제조된 나노크기의 금속산화물 차단층을 구비한 염료감응 태양전지의 일례를 나타내는 것으로 이하 도 2를 참조하여 본 발명의 염료감응 태양전지의 구조를 설명한다.FIG. 2 shows an example of a dye-sensitized solar cell having a nano-sized metal oxide barrier layer manufactured according to the method described so far, and the structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described below with reference to FIG. 2. .

본 발명에 따르는 염료감응 태양전지는 크게 반도체 전극(10), 상대 전극 (20), 이들 두 전극 사이에 주입된 전해질(30)을 포함하는 구성을 가진다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention has a structure largely including a semiconductor electrode 10, a counter electrode 20, and an electrolyte 30 injected between these two electrodes.

음극인 반도체전극(10)은 전도성 기판(1l) 위에 본 발명에 따라 제조된 나노크기의 금속산화물 차단층(12)이 형성되며, 차단층(12)의 상부로 염료가 흡착되는 다공성막(13)을 형성한다. The cathode of the semiconductor electrode 10 is a nano-sized metal oxide blocking layer 12 prepared in accordance with the present invention on the conductive substrate (1l), the porous membrane 13 is a dye adsorbed on the blocking layer 12 ).

또한 양극인 상대전극(20)은 전도성 기판(21)과,이 기판(21) 위에 코팅된 백금층(22)을 구비한다. 또는 상기 백금층(22) 대신에 탄소 입자,탄소나노섬유,탄소나노튜브,그래펜 단일층,그래펜 다중층,전도성 고분자,또는 이들의 혼합물로 이루어진 층이 사용될 수도 있다.In addition, the counter electrode 20, which is an anode, includes a conductive substrate 21 and a platinum layer 22 coated on the substrate 21. Alternatively, a layer made of carbon particles, carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphene monolayers, graphene multilayers, conductive polymers, or mixtures thereof may be used instead of the platinum layer 22.

상기 두 전극(10. 20) 사이의 빈 공간과 반도체전극(10)의 다공성막(13)의 기공에 전해질(30)이 채워진다. 그리고 이러한 전해액이 누출되지 않도록 스페이서 (미도시)로 밀봉된다. The electrolyte 30 is filled in the empty space between the two electrodes 10. 20 and the pores of the porous membrane 13 of the semiconductor electrode 10. And this electrolyte is sealed with a spacer (not shown) so as not to leak.

이처럼, 나노크기의 금속산화물 차단층을 구비한 태양전지에서는 금속산화물 전구체 용액을 사용하지 않고 금속산화물을 직접 코팅하여 차단층을 제조하므로 별도의 증착공정이나 열처리 공정을 생략하여 공정을 단순화할 수 있고, 차단층을 두어 광전효율을 증가시킬 수 있다. As such, in a solar cell having a nano-sized metal oxide barrier layer, a barrier layer is prepared by directly coating a metal oxide without using a metal oxide precursor solution, thereby simplifying the process by eliminating a separate deposition process or heat treatment process. In addition, the blocking layer may be increased to increase the photoelectric efficiency.

도 4는 본 발명에 따른 차단층이 배제된 태양전지의 광전류량을 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 차단층을 구비한 태양전지의 광전류량을 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing the photocurrent amount of the solar cell excluding the blocking layer according to the present invention, Figure 5 is a graph showing the photocurrent amount of the solar cell provided with a blocking layer according to the present invention.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본원발명의 차단층을 구비하는 도 5의 태양전지의 광전류량이 차단층을 배제한 도 4의 태양전지에 비해 증가함을 알 수 있다. 즉, 도 4의 태양전지는 광전효율(EFF)이 4.99%로 나타나는데 반하여 도 5의 태양전지는 광전효율(EFF)이 7.14%로 대략 43%의 광전효율 개선효과가 나타남을 알 수 있다. 4 and 5, it can be seen that the photocurrent of the solar cell of FIG. 5 having the blocking layer of the present invention increases compared to the solar cell of FIG. 4 excluding the blocking layer. That is, the photovoltaic efficiency (EFF) of the solar cell of FIG. 4 is 4.99%, whereas the photovoltaic efficiency (EFF) of the solar cell of FIG.

따라서, 본 발명에 따르면, 금속산화물 전구체 용액을 사용하지 않고 금속산화물을 직접 코팅하여 차단층을 제조하므로 별도의 증착공정이나 열처리 공정을 필요로 하지 않아 작업성이 향상되고 비용이 절감되는 효과를 제공한다.Therefore, according to the present invention, since the barrier layer is manufactured by directly coating the metal oxide without using the metal oxide precursor solution, it does not require a separate deposition process or heat treatment process, thereby improving workability and reducing costs. do.

또한, 본 발명에 따르면, 인체에 유해한 금속산화물 전구체 용액을 사용하지 않으므로 친환경적이다. In addition, according to the present invention, since the metal oxide precursor solution that is harmful to the human body is not used, it is environmentally friendly.

더욱이, 본 발명에 따르면, 나노크기의 금속산화물을 차단층으로 구비하여 광전효율을 극대화 할 수 있다. Furthermore, according to the present invention, it is possible to maximize the photoelectric efficiency by providing a nano-sized metal oxide as a blocking layer.

도 1은 본 발명에 따른 차단층을 형성하는 전기분사법을 설명하기 위한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 차단층을 포함하는 태양전지의 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 나노입자크기의 금속산화물 차단층을 전자현미경으로 촬영한 SEM사진,
도 4는 본 발명에 따른 차단층이 배제된 태양전지의 광전류량을 보여주는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 차단층을 구비한 태양전지의 광전류량을 보여주는 그래프.
1 is a schematic view for explaining an electrospray method for forming a blocking layer according to the present invention,
2 is a schematic view of a solar cell including a blocking layer according to the present invention,
Figure 3 is a SEM photograph of the nanoparticle sized metal oxide blocking layer according to the present invention by electron microscope,
4 is a graph showing the photocurrent amount of the solar cell excluding the blocking layer according to the present invention,
5 is a graph showing the photocurrent amount of the solar cell provided with a blocking layer according to the present invention.

이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 아래의 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are merely examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<반도체 전극 제조 실시예> <Semiconductor Electrode Manufacturing Example>

본 발명에 따른 차단층을 제조하기 위해 직경 21㎚, 비표면적 50m2/g의 산화티타늄 나노분말(Aeroxide P25, Evonik사)을 에탄올 용액에 10중량%의 농도로 마이크로 비드밀을 사용하여 균일하게 분산시켜 분산용액을 제조하였다. Titanium oxide nanopowder (Aeroxide P25, Evonik Co., Ltd.) having a diameter of 21 nm and a specific surface area of 50 m 2 / g was uniformly used in a ethanol solution at a concentration of 10% by weight to prepare a barrier layer according to the present invention. Dispersion to prepare a dispersion solution.

전도성 투명 유리기판 위에 상기 분산용액을 전기분사하여 차단층을 형성시켰다. 전기분사 환경은 온습도가 제어된 공간(25℃, 25%)에서 진행하였고 분사노즐과 유리기판의 거리는 10cm, 인가전압은 10kV로 하였다. 분산용액의 주입량은 30㎕/분으로 하여 차단층을 구성하였다.The dispersion solution was electrosprayed on the conductive transparent glass substrate to form a blocking layer. The electrospray environment was conducted in a controlled temperature and humidity space (25 ℃, 25%). The distance between the spray nozzle and the glass substrate was 10cm and the applied voltage was 10kV. The injection amount of the dispersion solution was 30 µl / min to constitute a barrier layer.

위 차단층 위에 전기분사법을 이용하여 다공성막을 형성하였다. 다공성막은 메조기공성 산화티타늄 나노볼을 10~15㎛ 적층하였고 약 500℃에서 약 30분간 열처리하여 차단층과 다공성막이 구비된 반도체 전극을 제조하였다. 여기서, 전기분사에 사용된 인가전압은 15kV로 하여 나노볼을 형성하여 다공성막을 형성하였다. A porous membrane was formed on the barrier layer by electrospraying. In the porous membrane, a mesoporous titanium oxide nanoball was stacked in a range of 10 to 15 μm, and a heat treatment was performed at about 500 ° C. for about 30 minutes to prepare a semiconductor electrode having a barrier layer and a porous membrane. Here, the applied voltage used for electrospray was 15kV to form a nano-ball to form a porous membrane.

<비교예> Comparative Example

상기 실시예의 차단층을 배제하고 전도성 투명 유리기판상에 전기분사 방법으로 다공성막으로 쓰일 메조기공성 산화티타늄 나노볼을 10~15㎛ 적층하였고 약 500℃에서 약 30분간 열처리 하여 다공성막만을 구비한 반도체 전극을 제조하였다.Excluding the blocking layer of the above embodiment, a mesoporous titanium oxide nanoball, which was used as a porous membrane, was laminated on the conductive transparent glass substrate by 10 to 15 μm, and the semiconductor was provided with only the porous membrane by heat treatment at about 500 ° C. for about 30 minutes. An electrode was prepared.

<태양전지 제조 실시예><Solar Cell Manufacturing Example>

비교예 및 실시예를 통해 얻은 각각의 반도체 전극 기판을 3×10-4M 농도의 루테늄계 염료(D719, Everlight사)가 용해된 에탄올 용액에 12시간동안 함침시켜 염료를 흡착시킨 다음, 에탄올로 다섯 차례 세척한 후 건조시켜 염료가 흡착된 반도체 전극을 제조하였다. 이어서, FTO가 코팅된 투명 전도성 기판 위에 백금층을 코팅시켜 상대 전극을 제조하였다. 상기 반도체 전극과 상대 전극 사이에 약 20㎛ 두께의 열경화성 스페이서(surlyn, Dupont사)를 두고 120℃의 온도에서 약간의 압력을 가하여 두 전극을 부착시킨 다음, 두 전극 사이의 공간에 요오드계 액체 전해질을 채워 넣고 밀봉하여 염료감응 태양전지를 제조하였다. 이때, 사용한 요오드계 액체 전해질 조성은 0.6M 부틸메틸이미다졸리움 요오드, 0.05M 요오드, 0.1M 리튬요오드 및 0.5M 4급 부틸피리딘을 아세토니트릴/발레로니트릴(85:15) 혼합용매에 용해된 액체전해질로 구성되어 있다.Each semiconductor electrode substrate obtained in Comparative Examples and Examples was impregnated with an ethanol solution containing 3 × 10 -4 M of ruthenium-based dye (D719, Everlight) for 12 hours to adsorb the dye, and then After washing five times and dried to prepare a dye-adsorbed semiconductor electrode. Next, a counter electrode was prepared by coating a platinum layer on the transparent conductive substrate coated with FTO. A thermosetting spacer (surlyn, Dupont) having a thickness of about 20 μm is placed between the semiconductor electrode and the counter electrode, and the two electrodes are attached by applying a slight pressure at a temperature of 120 ° C., and then an iodine-based liquid electrolyte is formed in the space between the two electrodes. To fill and seal the dye-sensitized solar cell was prepared. At this time, the iodine-based liquid electrolyte composition used was 0.6M butylmethylimidazolium iodine, 0.05M iodine, 0.1M lithium iodine and 0.5M quaternary butylpyridine dissolved in acetonitrile / valeronitrile (85:15) mixed solvent. It consists of a liquid electrolyte.

이와 같이 제조된 각각의 태양전지의 광전효율을 도 4 및 도 5에 도시하였다. The photoelectric efficiency of each solar cell manufactured as described above is illustrated in FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 발명에 따른 차단층이 배제된 태양전지의 광전류량을 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 차단층을 구비한 태양전지의 광전류량을 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing the photocurrent amount of the solar cell excluding the blocking layer according to the present invention, Figure 5 is a graph showing the photocurrent amount of the solar cell provided with a blocking layer according to the present invention.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본원발명에 따른 차단층과 다공성막을 구비하는 도 5의 태양전지의 광전류량이 차단층을 배제하고 다공성막만을 구비한 도 4의 태양전지에 비해 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 도 4의 태양전지는 광전효율(EFF)이 4.99%로 나타나는데 반하여 도 5의 태양전지는 광전효율(EFF)이 7.14%로 대략 43%의 광전효율 개선효과가 나타남을 알 수 있다. 4 and 5, it can be seen that the photocurrent of the solar cell of FIG. 5 having the blocking layer and the porous membrane according to the present invention was increased compared to the solar cell of FIG. 4 without the blocking layer and having only the porous membrane. have. That is, the photovoltaic efficiency (EFF) of the solar cell of FIG. 4 is 4.99%, whereas the photovoltaic efficiency (EFF) of the solar cell of FIG.

본 발명은 염료감응 태양전지의 전극 제조에 사용된다. The present invention is used in the production of electrodes of dye-sensitized solar cells.

10 : 반도체전극 20 : 상대전극
30 : 전해질 11,21: 전도성기판
12 : 차단층 13 : 다공성막
22 : 백금층
10: semiconductor electrode 20: counter electrode
30: electrolyte 11,21: conductive substrate
12: barrier layer 13: porous membrane
22: platinum layer

Claims (11)

금속산화물 나노입자를 용매에 균일하게 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계; 및
전도성 기판의 상부로 나노입자가 적층되도록 상기 분산용액을 전기분사하여 차단층을 형성하는 단계를 포함하는 차단층의 형성방법.
Preparing a dispersion solution by uniformly dispersing the metal oxide nanoparticles in a solvent; And
Forming a blocking layer by electrospraying the dispersion solution such that nanoparticles are stacked on the conductive substrate.
제1항에 있어서, 상기 전기분사시의 인가전압은 5~14kV인 것을 특징으로 하는 차단층의 형성방법.The method of claim 1, wherein the applied voltage during the electrospray is 5 ~ 14kV. 제1항에 있어서, 상기 용매는 알코올계열의 유기용매, 증류수, 및 이들의 혼합용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차단층의 형성방법.The method of claim 1, wherein the solvent is any one of an alcohol-based organic solvent, distilled water, and a mixed solution thereof. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 나노입자는 산화티타늄,산화아연,산화주석,산화니오륨,산화텅스텐,산화스트론튬,및 산화지르코늄 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 차단층의 형성방법.The method of claim 1, wherein the metal oxide nanoparticles are at least one selected from titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, nitric oxide, tungsten oxide, strontium oxide, and zirconium oxide. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는 직경이 l 내지 50㎚인 것을 특징으로 하는 차단층의 형성방법.The method of claim 1, wherein the metal oxide nanoparticles have a diameter of 1 to 50 nm. 금속산화물 나노입자를 용매에 균일하게 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계;
전도성 기판의 상부로 나노입자가 적층되도록 상기 분산용액을 전기분사하여 차단층을 형성하는 단계;
상기 차단층의 상부로 염료감응을 위한 다공성막을 형성하는 단계; 및
상기 다공성막에 염료를 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
Preparing a dispersion solution by uniformly dispersing the metal oxide nanoparticles in a solvent;
Forming a blocking layer by electrospraying the dispersion solution so that the nanoparticles are stacked on the conductive substrate;
Forming a porous membrane for dye-sensitization on top of the barrier layer; And
The dye-sensitized solar cell manufacturing method comprising the step of adsorbing the dye on the porous membrane.
제6항에 있어서, 상기 전기분사시의 인가전압은 5~14kV인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to claim 6, wherein the applied voltage during electrospray is 5 to 14 kV. 제6항에 있어서, 상기 용매는 알코올계열의 유기용매, 증류수, 및 이들의 혼합용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 6, wherein the solvent is any one of an alcohol-based organic solvent, distilled water, and a mixed solution thereof. 제6항에 있어서, 상기 금속 산화물 나노입자는 산화티타늄,산화아연,산화주석,산화니오륨,산화텅스텐,산화스트론튬,및 산화지르코늄 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to claim 6, wherein the metal oxide nanoparticles are at least one selected from titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, nitric oxide, tungsten oxide, strontium oxide, and zirconium oxide. . 제6항에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는 직경이 l 내지 50㎚인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 6, wherein the metal oxide nanoparticles have a diameter of 1 to 50 nm. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 방법으로 제조된 염료감응 태양전지. A dye-sensitized solar cell prepared by the method according to any one of claims 6 to 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090022181A (en) * 2007-08-29 2009-03-04 한국과학기술연구원 Dye-sensitized solar cell with metal oxide layer composed of metal oxide nanoparticles by electrospinning and the fabrication method thereof
KR20090066455A (en) * 2007-12-20 2009-06-24 한국과학기술연구원 Hybrid dye-sensitized photovoltaic/thermal solar system
KR20100091035A (en) * 2009-02-09 2010-08-18 한국과학기술연구원 Electrodes comprising electrospun polymer nanofibers-sprayed metal oxide nanocomposite and preparation method thereof, and dye-sensitized solar cells using the same
KR20100121117A (en) * 2009-05-08 2010-11-17 숭실대학교산학협력단 Dye-sensitized solar cell and manufacturing method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090022181A (en) * 2007-08-29 2009-03-04 한국과학기술연구원 Dye-sensitized solar cell with metal oxide layer composed of metal oxide nanoparticles by electrospinning and the fabrication method thereof
KR20090066455A (en) * 2007-12-20 2009-06-24 한국과학기술연구원 Hybrid dye-sensitized photovoltaic/thermal solar system
KR20100091035A (en) * 2009-02-09 2010-08-18 한국과학기술연구원 Electrodes comprising electrospun polymer nanofibers-sprayed metal oxide nanocomposite and preparation method thereof, and dye-sensitized solar cells using the same
KR20100121117A (en) * 2009-05-08 2010-11-17 숭실대학교산학협력단 Dye-sensitized solar cell and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101432682B1 (en) 2013-01-31 2014-08-25 한국과학기술원 Manufacturing method for preparing ZnO thin films

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