KR101146784B1 - Method of manufacturing TiO2 paste for dye-sensitized solar cell and TiO2 paste thereof and dye-sensitized solar cell using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은, TiO2 나노입자의 표면에 ZnO를 코팅하는 단계, 및 상기 ZnO가 코팅된 TiO2 나노입자의 표면 상에 ZnO 나노로드(nanorod)를 일체로 성장시키는 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법과 그 TiO2 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지를 제공한다.
상기 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법과 그 TiO2 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지에 따르면, TiO2 나노입자들의 표면에 형성된 ZnO층을 통해 전자의 복귀현상(back transfer)을 차단할 수 있다. 또한, 상기 TiO2 나노입자 상에 일체로 형성된 ZnO 나노로드가 TiO2 나노입자들의 사이를 연결함에 따라 전자의 이동성을 증가시킬 수 있고 이에 따라 염료감응형 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention, TiO step of coating of ZnO on the surface of the second nanoparticles, and a dye-sensitized solar that on the surface of the ZnO coated TiO 2 nanoparticles comprising the step of growing the ZnO nanorods (nanorod) integrally cells provides a method of manufacturing a TiO 2 paste with the TiO 2 paste and the dye-sensitized solar cell using the same.
According to the method for manufacturing the dye-sensitized solar cell TiO 2 paste and the TiO 2 paste and the dye-sensitized solar cell using the same, it is possible to block back transfer of electrons through the ZnO layer formed on the surface of the TiO 2 nanoparticles. Can be. In addition, the advantage that a ZnO nanorod formed integrally on the TiO 2 nanoparticles can it is possible to increase the electron mobility This improves the efficiency of the dye-sensitized solar cell according as the connection between the of TiO 2 nanoparticles have.

Description

염료감응형 태양전지용 ＴｉＯ２ 페이스트의 제조방법과 그 ＴｉＯ２ 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지{Method of manufacturing TiO2 paste for dye-sensitized solar cell and TiO2 paste thereof and dye-sensitized solar cell using thereof}Method of manufacturing TiO2 paste for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell using same TiO2 paste and TiO2 paste for dye-sensitized solar cell and TiO2 paste

본 발명은 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법과 그 TiO2 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자의 이동성을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법과 그 TiO2 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.The present invention is a dye-sensitized production method of solar cell TiO 2 paste, and the TiO 2 paste, and relates to a dye-sensitized solar cell using the same, more particularly to a dye-sensitized solar cell that can improve the electron mobility TiO 2 The present invention relates to a paste manufacturing method, a TiO 2 paste, and a dye-sensitized solar cell using the same.

최근 들어, 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 대체 에너지원에 대한 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 풍력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 광범위한 연구가 진행되어 오고 있다. 이들 중 태양력을 이용한 태양 전지는 자원량이 무한하고 환경 친화적이므로, 대체 에너지원으로서 가장 각광을 받고 있다. 태양전지의 종류는 다양하며, 그 중에서 결정형 실리콘 태양전지가 시장 점유율이 가장 높다.Recently, various studies have been conducted on alternative energy sources that can replace existing fossil fuels to solve energy problems. In particular, extensive research has been conducted to utilize natural energy such as wind and solar power. Of these, solar cells using solar power have received the most attention as alternative energy sources because the amount of resources is infinite and environmentally friendly. There are various types of solar cells, of which crystalline silicon solar cells have the highest market share.

그러나, 상기 결정형 실리콘 태양 전지는 제조비용이 높고, 효율 향상에도 한계가 많기 때문에, 그 대안으로서 제조비용이 낮은 염료감응형 태양 전지의 개발이 활발히 진행되고 있다.However, since the crystalline silicon solar cell has a high manufacturing cost and has many limitations in improving efficiency, development of a dye-sensitized solar cell having a low manufacturing cost as an alternative has been actively conducted.

염료감응형 태양 전지는 실리콘 태양 전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양 전지이다.Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are composed of photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to produce electron-hole pairs, and transition metal oxides for transferring generated electrons. Is a photoelectrochemical solar cell.

하지만, 이러한 염료감응형 태양전지에서, 생성된 전자가 TiO2층 전도대로 이동하게 되는데, 상기 TiO2층 자체에서 전자의 이동성에 한계가 있기 때문에, 염료감응형 태양 전지의 효율 향상이 제한되는 문제점이 있다.However, in such a dye-sensitized solar cell, the generated electrons are moved to the TiO 2 layer conduction band, and since the mobility of electrons in the TiO 2 layer itself is limited, the efficiency improvement of the dye-sensitized solar cell is limited. There is this.

본 발명은, 전자의 이동성을 향상시켜서 염료감응형 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법과 그 TiO2 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지를 제공하는데 목적이 있다.The present invention is to provide a production method and the TiO 2 paste and the dye-sensitized solar cell using the same for thereby improve the electron mobility, the dye-sensitized solar possible to improve the efficiency of the cell dye-sensitized with solar cells TiO 2 paste purpose There is this.

본 발명은, TiO2 나노입자의 표면에 ZnO를 코팅하는 단계, 및 상기 ZnO가 코팅된 TiO2 나노입자의 표면 상에 ZnO 나노로드(nanorod)를 일체로 성장시키는 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법을 제공한다.The present invention, TiO step of coating of ZnO on the surface of the second nanoparticles, and a dye-sensitized solar that on the surface of the ZnO coated TiO 2 nanoparticles comprising the step of growing the ZnO nanorods (nanorod) integrally Provided is a method for producing a battery TiO 2 paste.

여기서, 상기 ZnO를 코팅하는 단계는, ZnO 씨드 용액을 제조하는 단계와, 상기 ZnO 씨드 용액에 TiO2 나노입자들을 혼합하는 단계, 및 상기 TiO2 나노입자들이 혼합된 ZnO 씨드 용액을 건조하여 상기 TiO2 나노입자들의 표면에 ZnO층들을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 ZnO 씨드 용액은, 아연 아세트산(Zinc acetate) 및 아세톤(Aceton)이 혼합되어 형성될 수 있다.Here, the step of coating the ZnO is, ZnO comprising the steps of preparing the seed solution, the method comprising mixing the TiO 2 nanoparticles in the ZnO seed solution, and the TiO Dry the ZnO seed solution of the TiO 2 nanoparticles are mixed And coating ZnO layers on the surface of the 2 nanoparticles. In this case, the ZnO seed solution may be formed by mixing zinc acetate and acetone.

그리고, 상기 ZnO 나노로드를 성장시키는 단계는, ZnO 성장 용액을 제조하는 단계, 및 상기 ZnO층들이 형성된 TiO2 나노입자들을 상기 ZnO 성장 용액에 혼합하고, 설정 온도 범위로 가열 유지하여, 상기 ZnO층들이 코팅된 TiO2 나노입자들의 표면 상에 ZnO 나노로드들을 일체로 성장시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 ZnO 나노로드들을 성장시키는 단계에서, 상기 가열 유지 시간을 조절하여 상기 ZnO 나노로드의 성장률을 조절할 수 있다.The growing ZnO nanorods may include preparing a ZnO growth solution, and mixing TiO 2 nanoparticles having the ZnO layers formed therein into the ZnO growth solution and maintaining the ZnO growth solution in a predetermined temperature range. And integrally growing the ZnO nanorods on the surface of the coated TiO 2 nanoparticles. In addition, in the step of growing the ZnO nanorods, it is possible to control the growth rate of the ZnO nanorods by adjusting the heating holding time.

그리고, 상기 ZnO 나노로드들을 성장시키는 단계 이후에는, 상기 ZnO 나노로드들이 일체로 성장된 상기 TiO2 나노입자들을 필터링하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 ZnO 성장 용액은, 질산아연6수화물(Zinc nitrate hexahydrate), 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylene tetramine) 및 증류수(Distilled Water)가 혼합되어 형성될 수 있다.After the growing of the ZnO nanorods, the method may further include filtering and drying the TiO 2 nanoparticles in which the ZnO nanorods are integrally grown. In addition, the ZnO growth solution may be formed by mixing zinc nitrate hexahydrate, hexamethylene tetramine, and distilled water.

그리고, 본 발명은, TiO2 나노입자들과, 상기 TiO2 나노입자들의 표면에 형성되어 있는 ZnO층들, 및 상기 ZnO층들의 표면에 일체로 형성된 ZnO 나노로드들을 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트를 제공한다.The present invention, TiO 2 nanoparticles and, ZnO layers formed on the surfaces of the TiO 2 nanoparticles, and a dye-sensitized solar cell comprising any ZnO nanorods formed of the surface of the ZnO layer TiO 2 Provide paste.

또한, 본 발명은, 태양광이 투과되는 제1기판과, 상기 제1기판과 서로 이격되어 대향되도록 배치되는 제2기판과, 상기 제1기판 상에 상기 제2기판과 마주보도록 배치되고, 상기 태양광이 투과되는 제1전극과, 상기 제2기판 상에 상기 제1전극과 마주보도록 배치되는 제2전극과, 상기 제1전극 상에 배치되며, 염료가 흡착되고, TiO2 나노입자들의 표면에 ZnO 나노로드들이 일체로 성장된 구조를 가지는 반도체층, 및 상기 반도체층과 상기 제2전극 사이의 공간에 충진된 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지를 제공한다. In addition, the present invention, a first substrate through which sunlight is transmitted, a second substrate disposed to be spaced apart and opposed to the first substrate, and disposed on the first substrate to face the second substrate, A first electrode through which sunlight is transmitted, a second electrode disposed on the second substrate so as to face the first electrode, disposed on the first electrode, and dye is adsorbed, and the surface of the TiO 2 nanoparticles The present invention provides a dye-sensitized solar cell including a semiconductor layer having a structure in which ZnO nanorods are integrally grown, and an electrolyte filled in a space between the semiconductor layer and the second electrode.

여기서, 상기 반도체층은, 상기 TiO2 나노입자들과, 상기 TiO2 나노입자들의 표면에 코팅되어 있는 ZnO층들, 및 상기 ZnO층들의 표면에 일체로 형성된 ZnO 나노로드들을 포함할 수 있다.Here, the semiconductor layer may include the TiO 2 nanoparticles, ZnO layers coated on the surfaces of the TiO 2 nanoparticles, and ZnO nanorods integrally formed on the surfaces of the ZnO layers.

본 발명에 따른 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법과 그 TiO2 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지에 따르면, TiO2 나노입자들의 표면에 형성된 ZnO층을 통해 전자의 복귀현상(back transfer)을 차단할 수 있다. 또한, 상기 TiO2 나노입자 상에 일체로 형성된 ZnO 나노로드가 TiO2 나노입자들의 사이를 연결함에 따라 전자의 이동성을 증가시킬 수 있고 이에 따라 염료감응형 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell TiO 2 paste of the present invention and the TiO 2 paste and the dye-sensitized solar cell using the same, the return phenomenon of the electron through the ZnO layer formed on the surface of the TiO 2 nanoparticle (back transfer ) Can be blocked. In addition, the advantage that a ZnO nanorod formed integrally on the TiO 2 nanoparticles can it is possible to increase the electron mobility This improves the efficiency of the dye-sensitized solar cell according as the connection between the of TiO 2 nanoparticles have.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트를 구성하는 단위 TiO2 나노입자의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TiO2 페이스트를 이용한 염료감응형 태양전지의 개략적인 구조도이다.1 is a schematic cross-sectional view of the unit TiO 2 nanoparticles constituting the TiO 2 paste for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view showing a TiO 2 paste for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a TiO 2 paste for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic structural diagram of a dye-sensitized solar cell using a TiO 2 paste according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트를 구성하는 단위 TiO2 나노입자의 개략 단면도이다. 도 2는 상기 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트를 나타내는 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of the unit TiO 2 nanoparticles constituting the TiO 2 paste for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view showing the TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트(100)는 TiO2 나노입자들(110), ZnO층들(120), 그리고 ZnO 나노로드들(130)을 포함한다. 이러한 도 1 및 도 2는 TiO2 나노입자들(110)의 표면에 염료(10)가 흡착되어 있는 모습을 나타낸다.1 and 2, the TiO 2 paste 100 for dye-sensitized solar cells includes TiO 2 nanoparticles 110, ZnO layers 120, and ZnO nanorods 130. 1 and 2 show that the dye 10 is adsorbed on the surface of the TiO 2 nanoparticles 110.

상기 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트(100)의 구조를 간단히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 상기 TiO2 나노입자들(110)은 상기 TiO2 페이스트(100) 상에 염료(10)의 흡착력과 전자 생성도를 증가시키는 역할을 한다. 즉, 상기 TiO2 나노입자들(110)은 풍부한 전자를 형성해낼 수 있다.The structure of the dye-sensitized solar cell TiO 2 paste 100 is briefly described as follows. First, the TiO 2 nanoparticles 110 serve to increase the adsorption force and electron generation of the dye 10 on the TiO 2 paste 100. That is, the TiO 2 nanoparticles 110 may form rich electrons.

상기 ZnO층들(120)은 이러한 TiO2 나노입자들(110)의 표면 상에 코팅 등의 방식을 통해 형성되는 층이다. 도 2를 참조하면, 상기 ZnO층(120)은 염료(10)로부터 생성된 전자의 복귀현상(back transfer)을 차단하는 역할을 한다. 이는 상기 TiO2 나노입자(110)의 밴드갭(band gap)은 약 3.2eV인데 반해, 상기 ZnO층(120)의 밴드갭은 그보다 큰 3.37eV 정도이기 때문이다. The ZnO layers 120 are layers formed by coating or the like on the surfaces of the TiO 2 nanoparticles 110. Referring to FIG. 2, the ZnO layer 120 serves to block back transfer of electrons generated from the dye 10. This is because the band gap of the TiO 2 nanoparticles 110 is about 3.2 eV, whereas the band gap of the ZnO layer 120 is about 3.37 eV.

도 2의 경우 상기 TiO2 페이스트(100)가 염료감응형 태양전지를 형성하는 판상의 전극(ex, 도 4의 제1전극(230))의 표면에 배치되어 반도체층을 형성한 예를 나타낸다. 이러한 TiO2 페이스트(100)가 상기 염료감응형 태양전지(200)의 반도체층(250)에 적용될 경우, 염료(10)가 태양광을 흡수하여 생성된 전자가 상기 염료(10) 또는 전해질(270) 측에 복귀하는 현상이 ZnO층(120)에 의하여 차단될 수 있어, 염료감응형 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 태양전지의 성능의 향상은 곧 Jsc의 증가를 의미한다.2 illustrates an example in which the TiO 2 paste 100 is disposed on the surface of a plate-like electrode (eg, the first electrode 230 of FIG. 4) forming a dye-sensitized solar cell. When the TiO 2 paste 100 is applied to the semiconductor layer 250 of the dye-sensitized solar cell 200, the electrons generated by the dye 10 absorbing sunlight are the dye 10 or the electrolyte 270. The phenomenon of returning to the) side may be blocked by the ZnO layer 120, thereby improving performance of the dye-sensitized solar cell. The improvement in solar cell performance means an increase in Jsc.

상기 ZnO 나노로드(nanorod)(130)들은 상기 ZnO층들(120)의 표면에 일체로 형성되어 있다. 다시 말해서, 상기 ZnO 나노로드(130)는, 표면에 ZnO층(120)이 형성된 TiO2 나노입자(110) 상에 일체로 성장되어 형성된 것이다.The ZnO nanorods 130 are integrally formed on the surfaces of the ZnO layers 120. In other words, the ZnO nanorods 130 are formed by being integrally grown on TiO 2 nanoparticles 110 having a ZnO layer 120 formed on a surface thereof.

도 2를 참조하면, 상기 ZnO 나노로드(130)는 서로 인접한 TiO2 나노입자들(110) 사이를 연결함에 따라, 전자의 이동성을 증가시키는 효과가 있다. 참고로, 도 2의 경우는 상기 TiO2 페이스트(100)를 나타내는 개략도로서, 일부의 TiO2 나노입자들(110) 만이 ZnO 나노로드(130)에 의해 연결된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2, the ZnO nanorods 130 are connected between TiO 2 nanoparticles 110 adjacent to each other, thereby increasing the mobility of electrons. For reference, FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the TiO 2 paste 100, but only some TiO 2 nanoparticles 110 are connected by the ZnO nanorods 130, but are not necessarily limited thereto. .

상기의 TiO2 페이스트(100)의 구조를 요약하면, 1차적으로 TiO2 나노입자(110)의 표면에 ZnO층(120)을 코팅하고, 또한 2차적으로 TiO2 나노입자(110)의 표면 상에 ZnO 나노로드(130)를 성장시켜서 TiO2 나노입자(110)들 사이의 공간을 연결한다. In summary, the structure of the above TiO 2 paste 100, primarily coat the ZnO layer 120 on the surface of the TiO 2 nanoparticle (110), and further secondarily onto the surface of the TiO 2 nanoparticle 110 The ZnO nanorods 130 are grown to connect spaces between the TiO 2 nanoparticles 110.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 이하에서는 도 3을 참조로 하여, 상기 TiO2 페이스트(100)를 제조하는 방법에 관하여 상세히 알아본다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a TiO 2 paste for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing the TiO 2 paste 100 will be described in detail with reference to FIG. 3.

먼저, TiO2 나노입자(110)의 표면에 ZnO층(120)을 코팅한다(S100). 그리고, 상기 ZnO층(120)이 코팅된 TiO2 나노입자(110)의 표면 상에 ZnO 나노로드(130)를 일체로 성장시킨다(S200).First, the ZnO layer 120 is coated on the surface of the TiO 2 nanoparticles 110 (S100). In addition, the ZnO nanorods 130 are integrally grown on the surface of the TiO 2 nanoparticles 110 coated with the ZnO layer 120 (S200).

이하에서는 상기 ZnO층을 코팅하는 단계(S100)에 관하여 보다 상세히 설명한다. 먼저, ZnO 씨드 용액을 제조한다. 이를 위해, ZnO 씨드 용액의 재료로서 아연 아세트산(Zinc acetate, 0.01M)과 아세톤(Aceton, 100ml)을 준비한다(S110). Hereinafter, the step (S100) of coating the ZnO layer will be described in more detail. First, a ZnO seed solution is prepared. To this end, zinc acetate (Zinc acetate, 0.01M) and acetone (Aceton, 100ml) as a material of the ZnO seed solution is prepared (S110).

그리고, 준비된 아연 아세트산과 아세톤을 서로 혼합하여 설정된 온도 범위를 유지하면서(ex, 90℃, 1시간) 아연 아세트산을 녹이고(S120), 이를 냉각시켜서 상기 ZnO 씨드 용액을 제조한다(S130). 여기서, 상기의 냉각은 상온에서 1시간 처리할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Then, the prepared zinc acetic acid and acetone are mixed with each other while maintaining the set temperature range (ex, 90 ° C., 1 hour) to dissolve zinc acetic acid (S120), and cool the same to prepare the ZnO seed solution (S130). Here, the cooling can be performed at room temperature for 1 hour, but is not necessarily limited thereto.

이후에는, 상기 제조된 ZnO 씨드 용액 상에 TiO2 나노입자들(110)을 혼합하고(S140), 혼합된 용액을 초음파 진동을 통해 설정된 시간(ex, 2시간) 동안 고루 분산시킨다(S150). 이러한 초음파 분산 과정은, 상기 혼합된 TiO2 나노입자들(110)의 밀도를 균일하게 하고, 추후 TiO2 나노입자들(110)의 표면에 ZnO층(120)의 코팅이 고르게 수행되도록 유도할 수 있다.Thereafter, the TiO 2 nanoparticles 110 are mixed on the prepared ZnO seed solution (S140), and the mixed solution is dispersed evenly for a predetermined time (ex, 2 hours) through ultrasonic vibration (S150). The ultrasonic dispersion process may uniformize the density of the mixed TiO 2 nanoparticles 110 and later induce a uniform coating of the ZnO layer 120 on the surface of the TiO 2 nanoparticles 110. have.

이후에는, 상기 TiO2 나노입자들(110)이 혼합된 ZnO 씨드 용액을 건조하여 상기 TiO2 나노입자들(110)의 표면에 ZnO층들(120)을 코팅한다(S160). 그 실시예로서, 90℃에서 1시간 동안 건조를 수행하는 동안 TiO2 나노입자들(110)의 표면에 ZnO층(120)을 코팅하면서 유기물을 제거한다. 이때, 상기 건조 시간 및 온도는 반드시 상술한 바로 한정되지 않는다.After that, it is dried to the TiO 2 nanoparticles (110) ZnO seed solution is mixed with ZnO coating layers 120 on the surfaces of the TiO 2 nanoparticle (110) (S160). As an example, the organic material is removed while coating the ZnO layer 120 on the surface of the TiO 2 nanoparticles 110 while performing the drying at 90 ° C. for 1 hour. At this time, the drying time and temperature is not necessarily limited to the above-mentioned.

다음, 상기 ZnO 나노로드를 성장시키는 단계(S200)를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, ZnO 성장 용액을 제조한다(S210). 이러한 ZnO 성장 용액은, 질산아연6수화물(Zinc nitrate hexahydrate)(0.025M), 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylene tetramine)(0.025M) 및 증류수(Distilled Water)(100ml)를 혼합하여 제조한다.Next, the step (S200) of growing the ZnO nanorods will be described in more detail. First, a ZnO growth solution is prepared (S210). The ZnO growth solution is prepared by mixing zinc nitrate hexahydrate (0.025M), hexamethylene tetramine (0.025M), and distilled water (100 ml).

그리고, 앞서 S100 단계에서 ZnO층들(120)이 코팅된 TiO2 나노입자들(110)을, 상기 ZnO 성장 용액에 혼합하고, 설정 온도 범위로 가열을 유지한다(ex, 90℃, 4시간)(S220). 이에 따라, ZnO층들(120)이 코팅된 TiO2 나노입자들(110)의 표면 상에 ZnO 나노로드들(130)을 일체로 성장시킬 수 있게 된다.Then, the TiO 2 nanoparticles 110 coated with the ZnO layers 120 in step S100 are mixed with the ZnO growth solution and maintained at a set temperature range (ex, 90 ° C., 4 hours) ( S220). Accordingly, ZnO nanorods 130 may be integrally grown on the surfaces of the TiO 2 nanoparticles 110 coated with the ZnO layers 120.

여기서, 상기 S220 단계에서, 상기 가열 유지 시간을 조절하면, 상기 ZnO 나노로드(130)의 성장률을 조절할 수 있다. 즉, 시간의 경과에 따라 ZnO 나노로드(130)의 성장률이 달라지는데, 시간이 지날수록 ZnO 나노로드(130)의 길이가 길어지게 된다.Here, in step S220, by adjusting the heating holding time, it is possible to adjust the growth rate of the ZnO nanorods 130. That is, the growth rate of the ZnO nanorods 130 changes with time, and the length of the ZnO nanorods 130 becomes longer as time passes.

상기 S220단계 이후에는, 상기 ZnO 나노로드들(130)이 일체로 성장된 상기 TiO2 나노입자들(110)을 필터링하여 걸러낸 후(S230), 설정된 온도 범위를 유지하면서 건조를 수행한다(ex, 60℃, 8시간)(S240). 그런 다음에는, 상기 ZnO 나노로드(130)가 형성된 TiO2 나노입자들(110)을 이용하여 TiO2 페이스트(100)를 제조한다(S250).After the step S220, the ZnO nanorods 130 are filtered by filtering the TiO 2 nanoparticles 110 grown integrally (S230), and drying is performed while maintaining a set temperature range (ex. , 60 ° C., 8 hours) (S240). Then there was prepared a, the ZnO nanorods 130 are formed of TiO 2 nanoparticles (110) TiO 2 paste 100 using (S250).

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TiO2 페이스트를 이용한 염료감응형 태양전지의 개략적인 구조도이다. 이하에서는, 도 4를 참조로 하여 상기 염료감음형 태양전지의 구조에 관하여 알아보기로 한다.4 is a schematic structural diagram of a dye-sensitized solar cell using a TiO 2 paste according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the structure of the dye-sensitized solar cell will be described with reference to FIG. 4.

상기 염료감응형 태양전지(200)는, 제1기판(210), 제2기판(220), 제1전극(230), 제2전극(240), 반도체층(250), 전해질(270)을 포함한다. 상기 제1기판(210)은 태양광이 입사되어 투과되며, 상기 태양광의 투과율이 높아지도록 상기 제1기판(210)은 투명한 소재로 형성된다.The dye-sensitized solar cell 200 includes a first substrate 210, a second substrate 220, a first electrode 230, a second electrode 240, a semiconductor layer 250, and an electrolyte 270. Include. The first substrate 210 is made of a transparent material so that sunlight is incident and transmitted, and the transmittance of the sunlight is increased.

상기 투명한 소재로는 유리 또는 투명한 플라스틱 등을 들 수 있다. 상기 투명한 플라스틱으로는 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에테르설폰, 올레핀 말레이미드 공중합체, 노보넨계수지 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 나프탈레이트 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등이 사용될 수 있다.Examples of the transparent material include glass or transparent plastic. As the transparent plastic, acrylic resins, polyesters, polycarbonates, polyethylenes, polyethersulfones, olefin maleimide copolymers, norbornene-based resins, and the like may be used. Preferably, polyethylene naphthalate or polyethylene terephthalate may be used. have.

상기 제1전극(230)은 상기 제1기판(210) 상에 상기 제2기판(220)과 마주보도록 배치되고, 상기 태양광이 투과된다. 상기 제1전극(230)은 투명한 소재로 형성되며, ITO, FTO 등이 있다. The first electrode 230 is disposed on the first substrate 210 to face the second substrate 220, and the solar light is transmitted through the first electrode 230. The first electrode 230 is formed of a transparent material, such as ITO, FTO, and the like.

상기 제2기판(220)은 상기 제1기판(210)과 서로 이격되어 대향되도록 배치된다. 상기 제2전극(240)은 상기 제2기판(220) 상에 상기 제1전극(230)과 마주보도록 배치되며, 백금 등과 같은 도전성이 우수한 소재로 형성된다.The second substrate 220 is disposed to face the first substrate 210 spaced apart from each other. The second electrode 240 is disposed on the second substrate 220 to face the first electrode 230 and is formed of a material having excellent conductivity such as platinum.

상기 반도체층(250)은 상기 제1전극(230) 상에 배치되며, 염료(260)가 흡착되고, TiO2 나노입자들(110)의 표면에 ZnO 나노로드들(130)이 일체로 성장된 구조를 가진다. 이러한 반도체층(250)은, 상기 TiO2 나노입자들(110)과, 상기 TiO2 나노입자들(110)의 표면에 코팅되어 있는 ZnO층들(120), 그리고 상기 ZnO층들(120)의 표면에 일체로 형성된 ZnO 나노로드들(130)을 포함하는 구조로서, 이는 앞서 도 2를 참조한다.The semiconductor layer 250 is disposed on the first electrode 230, the dye 260 is adsorbed, and ZnO nanorods 130 are integrally grown on the surface of the TiO 2 nanoparticles 110. Has a structure. On the surface of the semiconductor layer 250, the TiO 2 nanoparticles 110, the TiO 2 nano-particles 110 is coated on the surface of ZnO layers 120, and the ZnO layers 120 in the As a structure including ZnO nanorods 130 formed integrally, this is referred to FIG. 2 above.

참고로, 도 4의 경우는 반도체층(250)의 저면에 염료(260) 부분이 별도의 층으로 표시되어 반도체층(250)과 구분되어 있는 것으로 보이지만, 실제로 염료(260)가 흡착이 되고 난 다음에는, 도 2에 도시된 염료(10)의 경우와 같이, 염료(260)들이 상기 반도체층(250) 내부로 침투하여 각각의 TiO2 나노입자(110)의 표면에 고루 흡착되게 된다.For reference, in the case of FIG. 4, a portion of the dye 260 is displayed as a separate layer on the bottom surface of the semiconductor layer 250, so that the dye 260 is adsorbed. Next, as in the case of the dye 10 shown in FIG. 2, the dyes 260 penetrate into the semiconductor layer 250 and are evenly adsorbed on the surface of each TiO 2 nanoparticle 110.

상기 염료(260)는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자는 상기 반도체층(250)의 전도대로 주입된 후 상기 제1전극(230) 및 상기 제2전극(240)으로 이동하면서 기전력을 발생하게 된다. The dye 260 absorbs light to form electron-hole pairs by electron transition from a ground state to an excited state, and electrons in the excited state are injected into the conduction band of the semiconductor layer 250 and then the first electrode 230. ) And the second electrode 240 to generate an electromotive force.

상기 염료(260)로는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으며, 루테늄 착물이 이용될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The dye 260 may be used without any limitation as long as it is generally used in the solar cell field, and a ruthenium complex may be used. However, the present invention is not limited thereto.

상기 전해질(270)은 전해액으로서 상기 반도체층(250)과 상기 제2전극(240) 사이의 공간에 충진되어 있다. 상기 전해액으로는 요오드의 아세토나이트릴 용액, NMP(NMetyl-2-Pyrrolidone) 용액, 3-메톡시프로피오나이트릴 용액 등이 사용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The electrolyte 270 is filled in a space between the semiconductor layer 250 and the second electrode 240 as an electrolyte. As the electrolyte solution, an acetonitrile solution of iodine, a NMP (NMetyl-2-Pyrrolidone) solution, a 3-methoxypropionitrile solution, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto.

앞서 상술한 바와 같이, 상기 염료감응형 태양전지(200)에서 반도체층(250)의 구조에 따르면, 상기 염료(260)가 태양광을 흡수하면서 생성된 전자가 상기 염료(260) 또는 전해질 측으로 복귀하는 현상이 상기 ZnO층(120)에 의하여 차단될 수 있어, 상기 염료감응형 태양전지(200)의 성능이 향상되며, 즉 Jsc를 증가시킬 수 있다. As described above, according to the structure of the semiconductor layer 250 in the dye-sensitized solar cell 200, electrons generated while the dye 260 absorbs sunlight return to the dye 260 or the electrolyte side. The phenomenon may be blocked by the ZnO layer 120, so that the performance of the dye-sensitized solar cell 200 is improved, that is, Jsc may be increased.

또한, 서로 인접한 TiO2 나노입자들(110) 사이 부분이 상기 ZnO 나노로드(130) 부분을 통해 연결됨에 따라 전자의 이동성을 증가시킬 수 있고, 이러한 전자의 이동성에 의하여 염료감응형 태양전지(200)의 효율이 향상될 수 있는 이점이 있다.In addition, as the portion between the TiO 2 nanoparticles 110 adjacent to each other is connected through the ZnO nanorod 130, the mobility of electrons may be increased, and the dye-sensitized solar cell 200 may be caused by the mobility of the electrons. ) Has the advantage that the efficiency can be improved.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: TiO2 페이스트 110: TiO2 나노입자
120: ZnO층 130: ZnO 나노로드
200: 염료감응형 태양전지 210: 제1기판
220: 제2기판 230: 제1전극
240: 제2전극 250: 반도체층
260: 염료 270: 전해질100: TiO 2 paste 110: TiO 2 nanoparticles
120: ZnO layer 130: ZnO nanorod
200: dye-sensitized solar cell 210: first substrate
220: second substrate 230: first electrode
240: second electrode 250: semiconductor layer
260 dye 270 electrolyte

Claims (10)

TiO2 나노입자의 표면에 ZnO를 코팅하는 단계; 및
상기 ZnO가 코팅된 TiO2 나노입자의 표면 상에 ZnO 나노로드(nanorod)를 일체로 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 ZnO를 코팅하는 단계는,
아연 아세트산(Zinc acetate) 및 아세톤(Aceton)이 혼합되어 형성된 ZnO 씨드 용액을 제조하는 단계와, 상기 ZnO 씨드 용액에 TiO2 나노입자들을 혼합하는 단계, 및 상기 TiO2 나노입자들이 혼합된 ZnO 씨드 용액을 건조하여 상기 TiO2 나노입자들의 표면에 ZnO층들을 코팅하는 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법.Coating ZnO on the surface of the TiO 2 nanoparticles; And
Integrally growing ZnO nanorods on the surface of the ZnO-coated TiO 2 nanoparticles;
Coating the ZnO,
Preparing a ZnO seed solution formed by mixing zinc acetate and acetone, mixing TiO 2 nanoparticles with the ZnO seed solution, and a ZnO seed solution mixed with the TiO 2 nanoparticles Drying a method for producing a TiO 2 paste for dye-sensitized solar cell comprising coating the ZnO layers on the surface of the TiO 2 nanoparticles. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 ZnO 나노로드를 성장시키는 단계는,
ZnO 성장 용액을 제조하는 단계; 및
상기 ZnO층들이 형성된 TiO2 나노입자들을 상기 ZnO 성장 용액에 혼합하고, 설정 온도 범위로 가열 유지하여, 상기 ZnO층들이 코팅된 TiO2 나노입자들의 표면 상에 ZnO 나노로드들을 일체로 성장시키는 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the growing the ZnO nanorods,
Preparing a ZnO growth solution; And
Mixing TiO 2 nanoparticles in which the ZnO layers are formed with the ZnO growth solution, and maintaining heating at a set temperature range to integrally grow ZnO nanorods on the surface of the TiO 2 nanoparticles coated with the ZnO layers. Method for producing a TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells comprising. 청구항 4에 있어서, 상기 ZnO 나노로드들을 성장시키는 단계에서,
상기 가열 유지를 위한 시간을 조절하여 상기 ZnO 나노로드의 성장률을 조절하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트 제조방법.The method of claim 4, wherein in growing the ZnO nanorods,
Method of manufacturing a TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells to control the growth rate of the ZnO nanorods by adjusting the time for maintaining the heating. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 ZnO 나노로드들을 성장시키는 단계 이후에는,
기 ZnO 나노로드들이 일체로 성장된 상기 TiO2 나노입자들을 필터링하고, 건조하는 단계를 더 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법.The method of claim 4 or 5, after the growth of the ZnO nanorods,
The method of manufacturing a TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells further comprises the step of filtering and drying the TiO 2 nanoparticles in which the ZnO nanorods are integrally grown. 청구항 4에 있어서, 상기 ZnO 성장 용액은,
질산아연6수화물(Zinc nitrate hexahydrate), 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylene tetramine) 및 증류수(Distilled Water)가 혼합되어 형성된 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트의 제조방법.The method according to claim 4, wherein the ZnO growth solution,
A method for producing a TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells formed by mixing zinc nitrate hexahydrate, hexamethylene tetramine, and distilled water. 염료감응형 태양전지의 반도체층에 사용되는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트에 있어서,
TiO2 나노입자들;
상기 TiO2 나노입자들의 표면에 코팅되어 있는 ZnO층들; 및
상기 ZnO층들의 표면에 일체로 형성된 ZnO 나노로드들을 포함하는 염료감응형 태양전지용 TiO2 페이스트.In the TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells used in the semiconductor layer of the dye-sensitized solar cell,
TiO 2 nanoparticles;
ZnO layers coated on the surfaces of the TiO 2 nanoparticles; And
TiO 2 paste for dye-sensitized solar cells comprising ZnO nanorods integrally formed on the surfaces of the ZnO layers. 태양광이 투과되는 제1기판;
상기 제1기판과 서로 이격되어 대향되도록 배치되는 제2기판;
상기 제1기판 상에 상기 제2기판과 마주보도록 배치되고, 상기 태양광이 투과되는 제1전극;
상기 제2기판 상에 상기 제1전극과 마주보도록 배치되는 제2전극;
상기 제1전극 상에 배치되며, 염료가 흡착되고, TiO2 나노입자들의 표면에 ZnO 나노로드들이 일체로 성장된 구조를 가지는 반도체층; 및
상기 반도체층과 상기 제2전극 사이의 공간에 충진된 전해질을 포함하고,
상기 반도체층은,
상기 TiO2 나노입자들과, 상기 TiO2 나노입자들의 표면에 코팅되어 있는 ZnO층들, 및 상기 ZnO층들의 표면에 일체로 형성된 ZnO 나노로드들을 포함하는 염료감응형 태양전지.A first substrate through which sunlight is transmitted;
A second substrate disposed to be spaced apart from and opposed to the first substrate;
A first electrode disposed on the first substrate so as to face the second substrate and transmitting the sunlight;
A second electrode disposed on the second substrate so as to face the first electrode;
A semiconductor layer disposed on the first electrode and having a structure in which dye is adsorbed and ZnO nanorods are integrally grown on surfaces of TiO 2 nanoparticles; And
An electrolyte filled in a space between the semiconductor layer and the second electrode,
The semiconductor layer,
The TiO 2 with the nanoparticle, wherein the TiO ZnO layers that are coated on the surface of the second nanoparticles, and a dye-sensitized solar cell including a ZnO nanorod is formed integrally with a surface of the ZnO layer. 삭제delete
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