KR101120361B1 - 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법 및 그 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법 및 그 태양전지에 관한 것으로, 나노튜브와 나노입자가 각각 형성되는 전도성 기판을 2개 이상 적층하여 하나의 복합구조 광감응층을 갖는 태양전지를 제조하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법 및 그 태양전지에 관한 것이다. ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판에 나노튜브와 나노입자를 차례로 형성시키거나, 나노입자와 나노튜브를 차례로 형성시킨 전도성 기판의 테두리면에 열경화성시트를 접합시킨 후 상기 나노입자 또는 나노튜브를 대향되도록 전도성 기판을 위치하여 상대전극과 전해질층을 형성시켜 태양전지를 구성한다. 따라서, 본 발명의 태양전지는 단위 면적당 에너지 변환 효율을 증가시키고, 나노튜브를 통해 전자의 재결합을 최소화하며, 부족한 표면적은 나노입자를 통해서 표면적을 최대화하여 단파장 빛 뿐만 아니라 장파장 빛까지 활용할 수 있는 효과가 있다.
태양전지, 전도성 기판, 나노입자, 나노튜브, 상대전극
Description
본 발명은 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법 및 그 태양전지에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 나노튜브와 나노입자가 각각 형성되는 전도성 기판을 2개 이상 적층 결합하여 하나의 복합구조 광감응층을 갖는 태양전지를 제조하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법 및 그 태양전지에 관한 것이다.
종래의 투명한 염료감응형 태양전지는 염료감응 투명전극과 상대전극 및 두 전극 사이에 전해질이 구비되는 단일형으로 구성되며, 상기와 같은 구성에 있어 발전에 소모한 태양광 이외의 잔류 태양광이 존재하게 되는데, 이때 태양광의 장파장과 단파장의 효율적인 활용이 요구되고 있으며, 이와 관련하여 다층구조의 박막 구조를 설계하고 제작하는 연구가 이루어져 왔다.
다층 구조에 있어서, 상부전지에서는 주로 단파장을 이용한 발전을 하게 되고, 하부전지는 주로 장파장의 태양광으로 발전에 기여하게 되며, 이러한 개념의 탠덤(Tandem) 구조의 태양전지는 주로 GaAs, CdSe, InP 등의 물질을 박막으로 형성 시켜 넓은 대역에 이르기까지 광의 파장을 최대한 활용하고자 하는 노력을 기울여 왔다.
그러나, 종래의 탠덤 구조는 밴드 갭이 작은 상기 GaAs, CdSe, InP 등의 물질을 박막으로 제조하기 때문에, 재료들의 가격과 박막형성 공정 비용이 비싸 생산 단가가 비싸지는 단점이 있어 경제성을 갖지 못하며, 소면적이나 특수 용도로 제한되므로 대면적에는 사용할 수 없고, 특히 박막 공정 자체가 재현성이 떨어져 품질과 성능이 균질한 셀을 대량으로 생산하는데 적합하지 못한 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 2개 이상의 다중 적층 광감응형 태양전지 구조체를 적층 결합하여 하나의 복합구조를 갖는 광감응형 태양전지 구조체를 형성하는 것으로, 투명도가 높고 단파장에 효율적인 광감응형 전도성 기판을 상부전지로 하고, 장파장에 효과적인 광감응형 전도성 기판을 하부전지로 하여, 중앙에 산화 환원을 도와주기 위한 백금(Pt) mesh와 전해질층을 형성시킴으로서, 입사되는 태양광 중 가시광선 영역에 대한 광감응을 향상시켜, 광변환 효율을 높이고, 셀단가가 낮아 경제성이 있는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법 및 그 태양전지를 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 제조방법으로는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브를 형성시키는 제11단계와; 상기 유리 기판 일면의 나노튜브 상부에 TiO2 나노입자를 형성시켜 전도성 기판을 형성시키는 제12단계와; 상기 나노튜브 및 나노입자가 형성되는 전도성 기판 일면의 테두리에 열경화성시트를 접합시키는 제13단계와; 2개의 전도성 기판을 이용하여 나노튜브 및 나노입자 형성면이 서로 대향되도록 위치시킨 후 중앙에 상대전극을 삽입하는 제14단계와; 상기 상대전극에 전해질 용액을 주입하여, 2개의 전도성 기판 사이에 전해질층을 형성하여 태양전지를 완성하는 제15단계를 포 함한다.
본 발명의 다른 제조방법으로는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 TiO2 나노입자를 형성시키는 제21단계와; 상기 유리 기판 일면의 나노입자 상부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브를 형성시켜 전도성 기판을 형성시키는 제22단계와; 상기 나노입자 및 나노튜브가 형성되는 전도성 기판 일면의 테두리에 열경화성시트를 접합시키는 제23단계와; 2개의 전도성 기판을 이용하여 나노입자 및 나노튜브 형성면이 서로 대향되도록 위치시킨 후 중앙에 상대전극을 삽입하는 제24단계와; 상기 상대전극에 전해질 용액을 주입하여, 2개의 전도성 기판 사이에 전해질층을 형성하여 태양전지를 완성하는 제25단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 제조방법으로는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브를 형성시키는 제31단계와; 상기 유리 기판 일면의 나노튜브 상부에 TiO2 나노입자를 형성시켜 제1전도성 기판을 형성시키는 제32단계와; 유리 기판 일면과 타면에 금속 코팅 및 양극 산화처리로 나노튜브를 형성시킨 후 상기 나노튜브 상부에 TiO2 나노입자를 형성시켜 제2전도성 기판을 형성시키는 제33단계와; 상기 전도성 기판의 나노튜브 및 나노입자 형성면의 테두리에 열경화성시트를 접합시키는 제34단계와; 제1전도성 기판을 상하단에 위치시킨 후 제2전도성 기판을 중앙에 삽입하여 나노튜브 및 나노입자 형성면을 서로 대향되도록 위치시키는 제35단계와; 상기 제1,2전도성 기판 사이에 상 대전극을 삽입한 후 전해질 용액을 주입하여, 제1,2전도성 기판 사이에 전해질층을 형성하여 태양전지를 완성하는 제36단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 제조방법으로는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 TiO2 나노입자를 형성시키는 제41단계와; 상기 유리 기판 일면의 나노입자 상부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브를 형성시켜 제1전도성 기판을 형성시키는 제42단계와; 유리 기판 일면과 타면에 TiO2 나노입자를 형성시킨 후 금속 코팅 및 양극 산화처리로 나노튜브를 형성시켜 제2전도성 기판을 형성시키는 제43단계와; 상기 전도성 기판의 나노입자 및 나노튜브 형성면의 테두리에 열경화성시트를 접합시키는 제44단계와; 제1전도성 기판을 상하단에 위치시킨 후 제2전도성 기판을 중앙에 삽입하여 나노입자 및 나노튜브 형성면을 서로 대향되도록 위치시키는 제45단계와; 상기 제1,2전도성 기판 사이에 상대전극을 삽입한 후 전해질 용액을 주입하여, 제1,2전도성 기판 사이에 전해질층을 형성하여 태양전지를 완성하는 제46단계를 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지는 종래의 태양전지보다 단위 면적당 에너지 변환 효율을 증가시킬 수 있고, 나노튜브를 통해 전자의 재결합을 최소화하며, 부족한 표면적은 나노입자를 통해서 표면적을 최대화하여 단파장의 빛 뿐만 아니라 장파장의 빛까지 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 분해도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법의 다른 실시 예이고, 도 7은 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 8은 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 구성도이고, 도 9는 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 분해도이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법의 다른 실시 예이고, 도 13은 본 발명에 따른 나노튜브가 형성된 전도성 기판을 나타낸 사진이고, 도 14는 본 발명에 의해 제조된 태양전지의 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참고로 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 순서도로서, 유리 기판 양면 중 일면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine Tin Oxide)가 코팅된 상기 유리 기판 일면의 코팅부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시키는 제11단계(S110) 와, 상기 유리 기판 일면의 나노튜브(11) 상부에 TiO2 나노입자(12)를 형성시켜 전도성 기판(10)을 형성시키는 제12단계(S120)와, 상기 나노튜브(11) 및 나노입자(12)가 형성되는 전도성 기판(10) 일면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제13단계(S130)와, 2개의 전도성 기판(10)을 이용하여 나노튜브(11) 및 나노입자(12) 형성면이 서로 대향되도록 위치시킨 후 중앙에 상대전극(60)을 삽입하는 제14단계(S140)와, 상기 상대전극(60)에 전해질 용액을 주입하여, 2개의 전도성 기판(10) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제15단계(S150)로 구성된다.
상기 나노튜브(11)를 형성하는 S110 단계는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 S111 단계와, 상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(11) 형태로 형성시키는 S112 단계와, 상기 나노튜브(11)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 S113 단계로 구성된다.
상기 나노튜브(11) 상부에 나노입자(12)를 형성하는 S120 단계는 TiO2 입 자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 S121 단계와, 상기 나노튜브(11) 형성면을 음극으로 하고, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(11) 위에 TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 S122 단계와, 상기 나노튜브(11) 위에 형성된 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 S123 단계로 구성된다.
도 2(a)는 상기와 같이 제조되는 본 발명의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 사시도이며, 도 2(b)는 상기 도 2(a)의 A-A′단면도이고, 도 3은 상기 도 2(a)의 분해도로서, 일면에 나노튜브(11)와 나노입자(12)가 차례로 형성되는 전도성 기판(10)이 상하단에 각각 위치하여, 나노튜브(11) 및 나노입자(12) 형성면이 서로 대향되도록 하고, 상기 나노튜브(11) 및 나노입자(12) 형성면의 테두리에는 중앙에 사각형으로 상하부 개구되는 열경화성시트(50)가 접합된다.
또한, 상기 서로 대향되는 나노입자(12) 사이에는 상대전극(60)이 삽입되고, 상기 상대전극(60)은 백금(Pt) mesh로 이루어져, 상기 백금(Pt) mesh로는 전해질 용액이 주입되어 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성시키게 되며, 상기 열경화성시트(50) 일측에는 주입공(51)을 형성하여, 상기 전해질 용액의 주입이 원활하도록 한다.
도 4는 본 발명의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 다른 제조방법을 나타낸 순서도로서, 유리 기판 양면 중 일면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine Tin Oxide)가 코팅된 상기 유리 기판 일면의 코팅부에 TiO2 나노입자(12)를 형성시키는 제21단계(S210)와, 상기 유리 기판 일면의 나노입자(12) 상부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시켜 전도성 기판(10)을 형성시키는 제22단계(S220)와, 상기 나노입자(12) 및 나노튜브(11)가 형성되는 전도성 기판(10) 일면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제23단계(S230)와, 2개의 전도성 기판(10)을 이용하여 나노입자(12) 및 나노튜브(11) 형성면이 서로 대향되도록 위치시킨 후 중앙에 상대전극(60)을 삽입하는 제24단계(S240)와, 상기 상대전극(60)에 전해질 용액을 주입하여, 2개의 전도성 기판(10) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제25단계(S250)로 구성된다.
상기 나노입자(12)를 형성하는 S210 단계는 TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 S211 단계와, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 유리 기판 일면에 방사시키되, 상기 ITO 또는 FTO 코팅면을 음극으로 하고, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 S212 단계와, 상기 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″- terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 S213 단계로 구성된다.
상기 나노입자(12) 상부에 나노튜브(11)를 형성하는 S220 단계는 상기 나노입자(12) 형성면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 S221 단계와, 상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(11) 형태로 형성시키는 S222 단계와, 상기 나노튜브(11)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 S223 단계로 구성된다.
도 5(a)는 상기와 같이 제조되는 본 발명의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 다른 실시 예의 사시도이며, 도 5(b)는 상기 도 5(a)의 B-B′단면도이고, 도 6은 상기 도 5(a)의 분해도로서, 일면에 나노입자(12)와 나노튜브(11)가 차례로 형성되는 전도성 기판(10)이 상하단에 각각 위치하여, 나노입자(12) 및 나노튜브(11) 형성면이 서로 대향되도록 하고, 상기 나노입자(12) 및 나노튜브(11) 형성면의 테두리에는 중앙에 사각형으로 상하부 개구되는 열경화성시트(50)가 접합된다.
또한, 상기 서로 대향되는 나노튜브(11) 사이에는 상대전극(60)이 삽입되고, 상기 상대전극(60)은 백금(Pt) mesh로 이루어져, 상기 백금(Pt) mesh로는 전해질 용액이 주입되어 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성시키게 되며, 상기 열경화성시트(50) 일측에는 주입공(51)을 형성하여, 상기 전해질 용액의 주입이 원활하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 순서도로서, 유리 기판 양면 중 일면에 ITO 또는 FTO가 코팅된 상기 유리 기판 일면의 코팅부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시키는 제31단계(S310)와, 상기 유리 기판 일면의 나노튜브(11) 상부에 TiO2 나노입자(12)를 형성시켜 제1전도성 기판(10)을 형성시키는 제32단계(S320)와, 유리 기판 일면과 타면에 금속 코팅 및 양극 산화처리로 나노튜브(21)를 형성시킨 후 상기 나노튜브(21) 상부에 TiO2 나노입자(22)를 형성시켜 제2전도성 기판(20)을 형성시키는 제33단계(S330)와, 상기 전도성 기판(10,20)의 나노튜브(11,21) 및 나노입자(12,22) 형성면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제34단계(S340)와, 제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치시킨 후 제2전도성 기판(20)을 중앙에 삽입하여 나노튜브(11,21) 및 나노입자(12,22) 형성면을 서로 대향되도록 위치시키는 제35단계(S350)와, 상기 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 상대전극(60)을 삽입한 후 전해질 용액을 주입하여, 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제36단계(S360)로 구성된다.
상기 나노튜브(11)를 형성하는 S310 단계는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기 판 일면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 S311 단계와, 상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(11) 형태로 형성시키는 S312 단계와, 상기 나노튜브(11)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 S313로 구성된다.
상기 나노튜브(11) 상부에 나노입자(12)를 형성하는 S320 단계는 TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 S321 단계와, 상기 나노튜브(11) 형성면을 음극으로 하고, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(11) 위에 TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 S322 단계와, 상기 나노튜브(11) 위에 형성된 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 S323로 구성된다.
상기 나노튜브(21) 및 나노입자(22)를 형성하는 S330 단계는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 양면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 S331 단계와, 상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(21) 형태로 형성시키는 S332 단계와, 상기 나노튜브(21)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 S333 단계와, TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 S334 단계와, 상기 나노튜브(21) 형성면을 음극으로 하고, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(21) 위에 TiO2 나노입자(22)층을 형성시키는 S335 단계와, 상기 나노튜브(21) 위에 형성된 나노입자(22)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 S336 단계로 구성된다.
도 8(a)는 상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 사시도이며, 도 8(b)는 상기 도 8(a)의 C-C′단면도이고, 도 9는 상기 도 8(a)의 분해도로서, 일면에 나노튜브(11)와 나노입자(12) 가 차례로 형성되는 전도성 기판(10)이 상하단에 각각 위치하여, 나노튜브(11) 및 나노입자(12) 형성면이 서로 대향되도록 하고, 그 사이에는 상부면과 하부면에 각각 나노튜브(21) 및 나노입자(22)가 차례로 형성되는 제2전도성 기판(20)을 삽입하며, 상기 제1,2전도성 기판(10,20)의 나노튜브(11,21) 및 나노입자(12,22) 형성면 테두리에는 중앙에 사각형으로 상하부 개구되는 열경화성시트(50)가 접합된다.
또한, 상기 서로 대향되는 나노입자(12,22) 사이에는 상대전극(60)이 삽입되고, 상기 상대전극(60)은 백금(Pt) mesh로 이루어져, 상기 백금(Pt) mesh로는 전해질 용액이 주입되어 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성시키게 되며, 상기 열경화성시트(50) 일측에는 주입공(51)을 형성하여, 상기 전해질 용액의 주입이 원활하도록 한다.
도 10은 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 다른 제조방법을 나타낸 순서도로서, 유리 기판 양면 중 일면에 ITO 또는 FTO가 코팅된 상기 유리 기판 일면의 코팅부에 TiO2 나노입자(12)를 형성시키는 제41단계(S410)와, 상기 유리 기판 일면의 나노입자(12) 상부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시켜 제1전도성 기판(10)을 형성시키는 제42단계(S420)와, 유리 기판 일면과 타면에 TiO2 나노입자(22)를 형성시킨 후 금속 코팅 및 양극 산화처리로 나노튜브(21)를 형성시켜 제2전도성 기판(20)을 형성시키는 제43단계(S430)와, 상기 전도성 기판(10,20)의 나노입자(12,22) 및 나노튜브(11,21) 형성면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제44단계(S440)와, 제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치시킨 후 제2전도성 기판(20)을 중앙에 삽입하여 나노입자(12,22) 및 나노튜브(11,21) 형성면을 서로 대향되도록 위치시키는 제45단계(S450)와, 상기 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 상대전극(60)을 삽입한 후 전해질 용액을 주입하여, 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제46단계(S460)로 구성된다.
상기 나노입자(12)를 형성하는 S410 단계는 TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 S411 단계와, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 유리 기판 일면에 방사시키되, 상기 ITO 또는 FTO 코팅면을 음극으로 하고, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(11) 위에 TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 S412 단계와, 상기 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 S413 단계로 구성된다.
상기 나노입자(12) 상부에 나노튜브(11)를 형성하는 S420 단계는 ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 S421 단계와, 상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti을 양극으로 하 여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브 형태로 형성시키는 S422 단계와, 상기 나노튜브가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 S423로 구성된다.
상기 나노입자(22) 및 나노튜브(21)를 형성하는 S430 단계는 TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 S431 단계와, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 상기 ITO 또는 FTO 코팅면을 음극으로 하고, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, TiO2 나노입자(22)층을 형성시키는 S432 단계와, 상기 나노입자(22)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 S433 단계와, 상기 나노입자(22)가 형성된 상부에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 S434 단계와, 상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(21) 형태로 형성시키는 S435 단계와, 상기 나노튜브(21)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4 ′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 S436 단계로 구성된다.
도 11(a)는 상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 다른 실시 예의 사시도이며, 도 11(b)는 상기 도 11(a)의 D-D′단면도이고, 도 12는 상기 도 11(a)의 분해도로서, 일면에 나노입자(12)와 나노튜브(11)가 차례로 형성되는 전도성 기판(10)이 상하단에 각각 위치하여, 나노입자(12) 및 나노튜브(11) 형성면이 서로 대향되도록 하고, 그 사이에는 상부면과 하부면에 각각 나노입자(22) 및 나노튜브(21)가 차례로 형성되는 제2전도성 기판(20)을 삽입하며, 상기 제1,2전도성 기판(10,20)의 나노입자(12,22) 및 나노튜브(11,21) 형성면 테두리에는 중앙에 사각형으로 상하부 개구되는 열경화성시트(50)가 접합된다.
또한, 상기 서로 대향되는 나노튜브(11,21) 사이에는 상대전극(60)이 삽입되고, 상기 상대전극(60)은 백금(Pt) mesh로 이루어져, 상기 백금(Pt) mesh로는 전해질 용액이 주입되어 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성시키게 되며, 상기 열경화성시트(50) 일측에는 주입공(51)을 형성하여, 상기 전해질 용액의 주입이 원활하도록 한다.
본 발명의 나노튜브(11,21) 또는 나노입자(12,22)가 형성되는 시트 테두리면에 열경화성시트(50)를 접합시키는 이유는 전해질층(70)을 형성시키기 위하여, 백금(Pt) mesh로 구성되는 상대전극(60)에 전해질 용액을 주입시 상기 전해질 용액의 누수를 방지함과 동시에 공기가 들어가는 것을 방지하기 위함이다.
상기 나노튜브(11,21)를 형성시키기 위하여, ITO 또는 FTO가 코팅되는 유리 기판에 금속을 코팅함에 있어, 상기 유리 기판의 금속 코팅은 이온 플레이팅(Ion plating) 또는 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtring) 또는 화학기상증착(Chemical vapor deposition) 또는 증발 증착(Evaporation) 또는 스핀 코팅(Spin coating) 또는 열산화법(Thermal oxidation) 또는 광화학 증착법(Photochemical deposition) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 금속을 코팅시키게 되며, 상기 금속 산화물은 Ti 및 이의 합금 중 적어도 1종을 포함한다.
또한, 상기 전해질층(70)은 요오도계 산화-환원 액체 전해질을 사용하되, 상기 전해질은 폴리비닐리덴플로라이드-코-폴리(헥사플루오로프로필렌), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리알킬아크릴레이트로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 함유하는 고분자 겔 전해질이며, 상기 고분자 겔 전해질은 하나 이상의 고분자를 프로필렌카보네이트와 에틸렌카보네이트 혼합용매의 총 중량을 기준으로 5 ~ 20중량%의 양으로 함유되는 전해질을 사용한다.
도 13은 본 발명에 따른 전도성 기판에 나노튜브(11,21)가 형성된 참고사진을 나타내고 있으며, 도 14와 하기의 표 1은 일면에 나노입자(12) 및 나노튜브(11)가 차례로 형성되는 전도성 기판(10) 2개를 상하단에 구비하여, 상기 나노튜브(11)를 서로 대향되게 위치시킨 실시예 1의 태양전지와, 일면에 나노튜브(11) 및 나노입자(12)가 차례로 형성되는 전도성 기판(10) 2개를 상하단에 구비하여, 상기 나노입자(12)를 서로 대향되게 위치시킨 실시예 2의 태양전지 테스트 결과값이다.
| Voc(V) | Jsc(mA/㎠) | Fill Factor(%) | Efficiency(%) | |
| 실시예 1 | 0.720092 | 14.687537 | 50.454163 | 5.336220 |
| 실시예 2 | 0.707154 | 18.334968 | 46.882940 | 6.078678 |
도 14와 상기 표 1의 실시 예와 같이, 개방전압(Voc) 값은 거의 같으나, 실시예 2의 단락전류(Jsc) 값이 실시예 1보다 상승함에 따라 보다 높은 효율(Efficiency) 값을 보이는데, 이는 생성된 전자의 재결합이 나노튜브를 먼저 형성시킨 경우가 더 효율적으로 전달되는 것으로 판단된다.
상기 도 2의 나노튜브(11) 및 나노입자(12)가 차례로 형성되는 제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치하여 서로 대칭되는 태양전지는 나노튜브를 먼저 형성시키게 되면 균일한 튜브 형성이 가능하지만 길이를 높이는 것이 힘들기 때문에 나노튜브에 나노입자를 차례로 형성하는 것이 표면적을 높이면서 전자의 이동속도를 높일 수 있다.
상기 도 5의 나노입자(12) 및 나노튜브(11)가 차례로 형성되는 제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치하여 서로 대칭되는 태양전지는 나노입자만을 사용하였을 경우, 표면적은 높으나 전자의 이동속도가 저하됨으로 인해 고효율화 문제가 생기게 되므로, 나노입자에 나노튜브를 차례로 형성시켜 전자의 이동속도를 증가시켜 이러한 문제를 해결할 수 있다.
상기 도 8의 나노튜브(11) 및 나노입자(12)가 차례로 형성되는 제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치시키고, 그 사이에는 상하부면에 나노튜브(21) 및 나노입자(22)가 차례로 형성되는 제2전도성 기판(20)을 복수개로 삽입하는 태양전지와, 도 11의 나노입자(12) 및 나노튜브(11)가 차례로 형성되는 제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치시키고, 그 사이에는 상하부면에 나노입자(22) 및 나노튜브(21)가 차례로 형성되는 제2전도성 기판(20)을 복수개로 삽입하는 태양전지는 나노튜브 및 나노입자 또는 나노입자 및 나노튜브가 형성되어 효율이 높아지기 위해서는 상기 제2전도성 기판(20) 층이 많다고 해서 효율이 높아지지는 않으며, 다만 1개의 층에서 1개의 염료를 흡수시킬 수 있어 태양광 일부의 파장에서만 우수한 염료를 흡착시킬 수 있는데, 복수의 나노튜브 및 나노입자 또는 나노입자 및 나노튜브 층을 형성시키게 되면 태양광의 흡수파장대가 다른 복수개의 염료를 사용할 수 있어 염료감응 태양전지의 고효율화에 기여할 수 있다.
본 발명의 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지에 있어, 상기 도 7 내지 도 12에서는 상하단에 구비되는 제1전도성 기판(10) 사이에 1개의 제2전도성 기판(20)을 삽입하여 구성하는 것으로 설명하였지만, 상기와 같이 나노튜브(21)와 나노입자(22)가 양면에 각각 형성되는 제2전도성 기판(20)의 삽입 갯수는 한정되지 않고 1개 이상 삽입하여 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 2개 이상의 다중 적층 광감응형 태양전지 구조체를 적층 결합하여 하나의 복합구조를 갖는 광감응형 태양전지 구조체를 형성하는 것으로, 투명도가 높고 단파장에 효율적인 광감응형 전도성 기판을 상부전지로 하고, 장파장에 효과적인 광감응형 전도성 기판을 하부전지로 하여, 중앙에 산화 환원을 도와주기 위한 백금(Pt) mesh와 전해질층을 형성시킴으로서, 입사되는 태양광 중 가시광선 영역에 대한 광감응을 향상시켜, 광변환 효율을 높이고, 셀단가가 낮아 경제성이 있는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법과 제조되는 태양전지로 구성된다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 분해도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법의 다른 실시 예.
도 7은 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지의 분해도.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 복수의 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법의 다른 실시 예.
도 13은 본 발명에 따른 나노튜브가 형성된 전도성 기판을 나타낸 사진.
도 14는 본 발명에 의해 제조된 태양전지의 테스트 결과를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 제1전도성 기판 11 : 나노튜브
12 : 나노입자 20 : 제2전도성 기판
21 : 나노튜브 22 : 나노입자
50 : 열경화성시트 51 : 주입공
60 : 상대전극 70 : 전해질층
Claims (20)
- 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법에 있어서,ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시키는 제11단계(S110)와;상기 유리 기판 일면의 나노튜브(11) 상부에 TiO2 나노입자(12)를 형성시켜 전도성 기판(10)을 형성시키는 제12단계(S120)와;상기 나노튜브(11) 및 나노입자(12)가 형성되는 전도성 기판(10) 일면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제13단계(S130)와;2개의 전도성 기판(10)을 이용하여 나노튜브(11) 및 나노입자(12) 형성면이 서로 대향되도록 위치시킨 후 중앙에 상대전극(60)을 삽입하는 제14단계(S140)와;상기 상대전극(60)에 전해질 용액을 주입하여, 2개의 전도성 기판(10) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제15단계(S150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 S110 단계는ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 단계(S111)와;상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti 층을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(11) 형태로 형성시키는 단계(S112)와;상기 나노튜브(11)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 단계(S113)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 S120 단계는TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 단계(S121)와;상기 나노튜브(11) 형성면을 음극으로 하고, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(11) 위에 TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 단계(S122)와;상기 나노튜브(11) 위에 형성된 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 단계(S123)를 포함 하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법에 있어서,ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 TiO2 나노입자(12)를 형성시키는 제21단계(S210)와;상기 유리 기판 일면의 나노입자(12) 상부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시켜 전도성 기판(10)을 형성시키는 제22단계(S220)와;상기 나노입자(12) 및 나노튜브(11)가 형성되는 전도성 기판(10) 일면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제23단계(S230)와;2개의 전도성 기판(10)을 이용하여 나노입자(12) 및 나노튜브(11) 형성면이 서로 대향되도록 위치시킨 후 중앙에 상대전극(60)을 삽입하는 제24단계(S240)와;상기 상대전극(60)에 전해질 용액을 주입하여, 2개의 전도성 기판(10) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제25단계(S250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 S210 단계는TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 단계(S211)와;전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 유리 기판 일면에 방사시키되, 상기 ITO 또는 FTO 코팅면을 음극으로 하고, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 단계(S212)와;상기 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 단계(S213)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 S220 단계는상기 나노입자(12) 형성면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 단계(S221)와;상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti 층을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(11) 형태로 형성시키는 단계(S222)와;상기 나노튜브(11)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 단계(S223)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법에 있어서,ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시키는 제31단계(S310)와;상기 유리 기판 일면의 나노튜브(11) 상부에 TiO2 나노입자(12)를 형성시켜 제1전도성 기판(10)을 형성시키는 제32단계(S320)와;유리 기판 일면과 타면에 금속 코팅 및 양극 산화처리로 나노튜브(21)를 형성시킨 후 상기 나노튜브(21) 상부에 TiO2 나노입자(22)를 형성시켜 제2전도성 기판(20)을 형성시키는 제33단계(S330)와;상기 전도성 기판(10,20)의 나노튜브(11,21) 및 나노입자(12,22) 형성면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제34단계(S340)와;제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치시킨 후 제2전도성 기판(20)을 중앙에 삽입하여 나노튜브(11,21) 및 나노입자(12,22) 형성면을 서로 대향되도록 위치시키는 제35단계(S350)와;상기 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 상대전극(60)을 삽입한 후 전해질 용액을 주입하여, 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전 지를 완성하는 제36단계(S360)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 S310 단계는ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 단계(S311)와;상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti 층을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(11) 형태로 형성시키는 단계(S312)와;상기 나노튜브(11)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 단계(S313)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 S320 단계는TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 단계(S321)와;상기 나노튜브(11) 형성면을 음극으로 하고, 전기방사장치를 이용하여 전기 방사 용액을 방사시키되, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(11) 위에 TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 단계(S322)와;상기 나노튜브(11) 위에 형성된 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 단계(S323)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 S330 단계는ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 양면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 단계(S331)와;상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti 층을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(21) 형태로 형성시키는 단계(S332)와;상기 나노튜브(21)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 단계(S333)와;TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 단계(S334)와;상기 나노튜브(21) 형성면을 음극으로 하고, 전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(21) 위에 TiO2 나노입자(22)층을 형성시키는 단계(S335)와;상기 나노튜브(21) 위에 형성된 나노입자(22)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 단계(S336)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법에 있어서,ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 TiO2 나노입자(12)를 형성시키는 제41단계(S410)와;상기 유리 기판 일면의 나노입자(12) 상부에 금속을 코팅한 후 전기화학적으로 양극 산화처리하여 나노튜브(11)를 형성시켜 제1전도성 기판(10)을 형성시키는 제42단계(S420)와;유리 기판 일면과 타면에 TiO2 나노입자(22)를 형성시킨 후 금속 코팅 및 양극 산화처리로 나노튜브(21)를 형성시켜 제2전도성 기판(20)을 형성시키는 제43단계(S430)와;상기 전도성 기판(10,20)의 나노입자(12,22) 및 나노튜브(11,21) 형성면의 테두리에 열경화성시트(50)를 접합시키는 제44단계(S440)와;제1전도성 기판(10)을 상하단에 위치시킨 후 제2전도성 기판(20)을 중앙에 삽입하여 나노입자(12,22) 및 나노튜브(11,21) 형성면을 서로 대향되도록 위치시키는 제45단계(S450)와;상기 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 상대전극(60)을 삽입한 후 전해질 용액을 주입하여, 제1,2전도성 기판(10,20) 사이에 전해질층(70)을 형성하여 태양전지를 완성하는 제46단계(S460)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 S410 단계는TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 단계(S411)와;전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 유리 기판 일면에 방사시키되, 상기 ITO 또는 FTO 코팅면을 음극으로 하고, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토 출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, 상기 나노튜브(11) 위에 TiO2 나노입자(12)층을 형성시키는 단계(S412)와;상기 나노입자(12)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 단계(S413)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 S420 단계는ITO 또는 FTO가 코팅된 유리 기판 일면에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 단계(S421)와;상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti 층을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브 형태로 형성시키는 단계(S422)와;상기 나노튜브가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 단계(S423)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 S430 단계는TiO2 입자(P25) 10g을 에탄올 250ml에 분산시켜 전기방사 용액을 제조하는 단계(S431)와;전기방사장치를 이용하여 전기방사 용액을 방사시키되, 상기 ITO 또는 FTO 코팅면을 음극으로 하고, 토출속도를 조절할 수 있는 펌프가 부착된 금속 니들을 양극으로 하여 두 전극 간에 10kV의 전압을 인가하며, 방사액의 토출속도를 15㎕/분으로 조절하여 총 토출량이 3ml가 될 때까지 전기방사하여, TiO2 나노입자(22)층을 형성시키는 단계(S432)와;상기 나노입자(22)층을 Ru(4,4′,4″-tricarboxy-2,2′:6,2″-terpyridine)(NCS)3?3TBA(Black dye)에 담지시키는 단계(S433)와;상기 나노입자(22)가 형성된 상부에 Ti 금속을 500℃의 온도에서 증착하여 4㎛ 두께의 Ti층을 형성시키는 단계(S434)와;상기 Ti층을 0.1 ~ 2.0중량%의 불화계 전해질(HF, NH4F, HNO3, KF, H2SO4, NaF)과, 98.0 ~ 99.9중량%의 DMF, DMSO, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 선택되는 어느 하나를 혼합한 용액에 함침시켜, 상기 Ti 층을 양극으로 하여 1시간 동안 20V의 전압을 인가하여, 나노튜브(21) 형태로 형성시키는 단계(S435)와;상기 나노튜브(21)가 형성된 Ti층을 500℃로 가열하여 TiO2 형태로 변화시킨 다음 Ru(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)2(NCS)2(N3)에 24시간 동안 담지시키는 단계(S436)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제1항, 제4항, 제7항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서상기 상대전극(60)은 백금(Pt) mesh로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제1항, 제4항, 제7항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유리 기판의 금속 코팅은 이온 플레이팅(Ion plating) 또는 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtring) 또는 화학기상증착(Chemical vapor deposition) 또는 증발 증착(Evaporation) 또는 스핀 코팅(Spin coating) 또는 열산화법(Thermal oxidation) 또는 광화학 증착법(Photochemical deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제1항, 제4항, 제7항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전해질층(70)은 요오도계 산화-환원 액체 전해질인 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 17항에 있어서,상기 전해질은 폴리비닐리덴플로라이드-코-폴리(헥사플루오로프로필렌), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리알킬아크릴레이트로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 함유하는 고분자 겔 전해질인 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 18항에 있어서,상기 고분자 겔 전해질은 하나 이상의 고분자를 프로필렌카보네이트와 에틸렌카보네이트 혼합용매의 총 중량을 기준으로 5 ~ 20중량%의 양으로 함유되는 전해질인 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지 제조방법.
- 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광감응층을 갖는 나노 튜브형 염료감응 태양전지.
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