KR101321693B1 - 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 염료감응 태양전지 - Google Patents

염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 염료감응 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따르는 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 태양전지는 티타늄아이소프로폭사이드, 아세트산 및 계면활성제를 알콜용매에 가하여 혼합하는 S1단계와, 상기 혼합물에 니트로벤젠 유도체를 가하고 물을 이용하여 젤화물로 상변화시키는 S2단계와, 상기 젤화물을 열처리하는 S3단계 및 상기 열처리된 젤화물에서 용매를 제거하고 에탄올, 터핀올 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 가하여 혼합하여 페이스트를 제조하는 S4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 종래의 이산화티탄 페이스로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 크랙(갈라짐) 불량을 방지하고 표면의 잔류탄소의 양을 줄여 염료의 흡착이 효과적이어서 광변환효율이 향상될 수 있다.

Description

염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 염료감응 태양전지{Method of manufacturing solar-cell paste and the paste thereof and method of manufacturing electrode using the paste and the electrode thereof and dye solar cell with the electrode}
본 발명은 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 종래의 이산화티탄 페이스트로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 표면의 카본 불순물을 낮은 온도에서 제거하여 염료흡착량을 증대시킬 수 있는 태양전지 전극 페이스트의 제조방법, 그 페이스트, 그 페이스트를 이용한 전극의 제조방법, 그 전극 및 그 전극을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
종래 태양전지 중 광전기화학형 태양전지는 반도체 접합 태양전지와는 달리 광합성 원리를 이용한 태양전지이다. 지금까지 알려진 광전기화학형 태양전지 중 대표적인 예로는 스위스의 그라첼(Gratzel)에 의하여 발표된 염료감응 태양전지이다.
그라첼 등에 의해 발표된 염료감응 태양전지는 표면에 루테늄계 염료 분자가 이온결합한 TiO2 전극에 태양 빛 (가시광선)이 흡수되면 염료분자는 전자-홀 쌍을 생성하며, 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다.
반도체 산화물 전극으로 주입된 전자는 나노입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 전달되어 전류를 발생시키게 된다. 이 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조과정이 단순하고, 전력당 제조단가가 저렴한 장점이 있어 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성이 있기 때문에 많은 주목을 받아왔다.
대체로 광전극은 TiO2 페이스트를 스크린 프린팅법으로 코팅하고 열처리 한 후 염료가 녹아 있는 용액에 담지하여 염료를 흡착시켜 제조하였다.
그런데 TiO2 페이스트를 코팅하고 열처리 하게 되면 페이스트 제조시에 들어간 유기물질들이 완전 연소되지 않고 표면에 카본 형태의 불순문로 남아 염료의 흡착을 방해하여 효율을 저하시키게 된다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 전극 열처리 온도를 높이면 유리가 휘기 때문에 대면적의 모듈을 제조할 때 문제가 된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 종래의 이산화티탄 페이스트로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 표면 카본 불순물을 감소시키되, 대면적 모듈의 제조에 도움이 되는 낮은 온도에서의 열처리가 가능한 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 종래의 이산화티탄 페이스트로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 표면 카본 불순물을 감소시키되, 대면적 모듈의 제조에 도움이 되는 낮은 온도에서의 열처리가 가능한 염료감응 태양전지 페이스트를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 세번째 기술적 과제는 종래의 이산화티탄 페이스트로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 표면 카본 불순물을 감소시키되, 대면적 모듈의 제조에 도움이 되는 낮은 온도에서의 열처리가 가능한 염료감응 태양전지 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 네번째 기술적 과제는 종래의 이산화티탄 페이스트로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 표면 카본 불순물을 감소시키되, 대면적 모듈의 제조에 도움이 되는 낮은 온도에서의 열처리가 가능한 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 티타늄아이소프로폭사이드, 아세트산 및 계면활성제를 알콜용매에 가하여 혼합하는 S1단계와, 상기 혼합물에 니트로벤젠 유도체 화합물을 가하고 물을 이용하여 젤화물로 상변화시키는 S2단계와, 상기 젤화물을 열처리하는 S3단계 및 상기 열처리된 젤화물에서 용매를 제거하고 에탄올, 터핀올 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 가하여 혼합하여 페이스트를 제조하는 S4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 니트로 벤젠 유도체 화합물은 니트로아니솔(nitroanisole), 니트로아닐린(nitroaniline), 니트로벤즈알데히드(nitrobenzaldehyde), 니트로벤자미드(nitrobenzamide), 니트로벤지미다졸(nitrobenzimidazole), 니트로벤지미다졸린(nitrobenzimidazolinone), 니트로벤조니트릴(nitrobenzonitrile), 니트로벤조페논(nitrobenzophenone), 니트로벤질알코올(nitrobenzylalcohol), 니트로톨루엔(nitrotoluene), 디니트로아니솔(di-nitroanisole), 디니트로아닐린(di-nitroaniline), 디니트로벤즈알데히드(di-nitrobenzaldehyde), 디니트로벤자미드(di-nitrobenzamide), 디니트로벤지미다졸(di-nitrobenzimidazole), 디니트로벤지미다졸린(di-nitrobenzimidazolinone), 디니트로벤조니트릴(di-nitrobenzonitrile), 디니트로벤조페논(di-nitrobenzophenone), 디니트로벤질알코올(di-nitrobenzylalcohol) 및 디니트로톨루엔(di-nitrotoluene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 니트로벤젠 유도체 화합물은 3,5-다이니트로살리실산(3,5-Dinitrosalicylic acid)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 S1단계, S2단계 또는 S4단계에 균일한 혼합을 위하여 초음파 분산하는 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 열처리는 온도 150 내지 250℃, 압력 5 내지 20 bar 환경에서 수행될 수 있다.
아울러, 본 발명은 상기 두번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기한 제조방법에 의하여 제조되는 염료감응 태양전지 전극 페이스트를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 세번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 전극 페이스트로 전극을 형성(coating)하고, 열처리 후에 염료를 흡착하여 태양전지용 광전극을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 열처리 공정에 이어 1차코팅된 티탄늄산화물층의 상부에 2차코팅하여 열처리하는 A단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 A단계는 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 2차코팅에 사용되는 페이스트는 금속산화물입자를 함유할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 열처리는 400 내지 550℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하며, 상술한 제조방법에 의하여 제조되는 태양전지 전극을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 네번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 태양전지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 종래의 이산화티탄 페이스트로 광전극을 형성하는 경우에 발생될 수 있는 표면 카본 불순물을 낮은 온도에서 제거할 수 있어 그 양을 저감시켜 염료흡착량을 향상시키고, 대면적 모듈의 제조가 용이하며 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 페이스트를 제조하는 단계에 대한 순서도이고,
도 2는 본 발명의 페이스트를 상온에서 700℃까지 열분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
그러나, 이하에서 기재되는 실시예는 본 발명을 설명하는데에 필요한 적절한 내용으로 본 발명에 이에 의하여 한정되게 해석되어서는 아니되며, 당업자의 용이하게 수정, 치환, 변경할 수 있는 범위내에 본 발명이 있음은 자명하다.
본 발명에 따르는 태양전지 전극 페이스트의 제조방법은 티타늄아이소프로폭사이드, 아세트산 및 계면활성제를 알콜용매에 가하여 혼합하는 S1단계, 상기 혼합물에 니트로벤젠 유도체를 가하고 물을 이용하여 젤화물로 상변화시키는 S2단계, 상기 젤화물을 열처리하는 S3단계 및 상기 열처리된 젤화물에서 용매를 제거하고 에탄올, 터핀올 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 가하여 혼합하여 페이스트를 제조하는 S4단계를 포함하는 특징이 있다.
첨부된 도 1을 통하여 본 발명을 설명한다. 도 1은 본 발명의 페이스트를 제조하는 순서도인데, 이를 참조한다.
먼저, S1단계를 보면, 티타늄아이소프로폭사이드, 아세트산 및 계면활성제를 알콜용매에 가하여 혼합하는 단계이다. 여기서 상기 티타늄아이소프로폭사이드는 Titanium isopropoxide로 표기될 수 있으며, 나노 티타늄옥사이드(TiO2) 입자의 공급원(source)으로 사용되며 그 평균입도는 수 내지 수백㎚ 정도로 평가된다.
또한, 상기 계면활성제는 알콜용매에서 혼합물이 균일하게 분산될 수 있다면 특별하게 한정하여 사용할 것은 아니며, 바람직하게는 비이온성을 사용할 수 있다.
상기 알콜용매 역시 상기 혼합물이 균일하게 분산되어 공정을 진행할 수 있는 한 특별하게 한정하여 사용할 것은 아니나, 2-프로판올을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 S1단계에서 균일한 혼합을 위하여 초음파 분산을 이용할 수 있음은 물론이며, 이때 사용되는 초음파의 범위는 통상 초음파외에도 메가소닉, 울트라소닉, 슈퍼울트라소닉으로 불리는 정도의 초음파를 필요에 따라 사용할 수 있다.
다음으로, S2단계를 보면, 상기 혼합물에 니트로벤젠 유도체를 가하고 물을 이용하여 젤화물로 상변화시키는 단계이다.
상기 S1단계에서 준비된 균일한 혼합물에 니트로벤젠 유도체를 가하고 물로 젤화시키게 되는데, 여기서 사용되는 니트로벤젠 유도체는 본 발명의 범위에 있는 이산화티탄의 표면 불순물을 효과적으로 제거하기 위해 사용되는 것으로 특별하게 한정할 것은 아니나, 3,5-Dinitrosalicylic acid를 사용할 수 있다. 상기 3,5-Dinitrosalicylic acid는 두 개의 니트로(nitro)기를 가지고 있어, 기판에 프린팅 후 열처리시 잘 산화되어 잔류카본을 줄일 수 있는 특징을 가진다.
상기 3,5-Dinitrosalicylic acid외에 니트로아니솔(nitroanisole), 니트로아닐린(nitroaniline), 니트로벤즈알데히드(nitrobenzaldehyde), 니트로벤자미드(nitrobenzamide), 니트로벤지미다졸(nitrobenzimidazole), 니트로벤지미다졸린(nitrobenzimidazolinone), 니트로벤조니트릴(nitrobenzonitrile), 니트로벤조페논(nitrobenzophenone), 니트로벤질알코올(nitrobenzylalcohol), 니트로톨루엔(nitrotoluene), 디니트로아니솔(di-nitroanisole), 디니트로아닐린(di-nitroaniline), 디니트로벤즈알데히드(di-nitrobenzaldehyde), 디니트로벤자미드(di-nitrobenzamide), 디니트로벤지미다졸(di-nitrobenzimidazole), 디니트로벤지미다졸린(di-nitrobenzimidazolinone), 디니트로벤조니트릴(di-nitrobenzonitrile), 디니트로벤조페논(di-nitrobenzophenone), 디니트로벤질알코올(di-nitrobenzylalcohol) 및 디니트로톨루엔(di-nitrotoluene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 물은 증류수와 같이 미네랄이 제거되었는지 여부에 상관없이 상기 혼합물을 젤리(jelly)화 시킬 수 있는 한 특별하게 제한하여 사용할 것은 아니다.
여기서도 앞서 언급한 초음파 공정을 이용하여 입자들의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있다.
다음으로 S3단계를 보면, 상기 젤화물을 열처리하는 단계이다.
상기 열처리는 상기 젤화물에 균일하게 분포하는 이산화티탄입자들의 성장을 유도하고 불순물을 제거하기 위하여 필요한 것으로, 그 온도 150 내지 250℃, 압력 5 내지 20 bar 환경에서 수행될 수 있다.
만일 , 상기 온도와 압력이 하한치 미만이면, 이산화티탄(TiO2) 입자가 나노 스케일로 형성되지 않을 수 있으며, 반대로, 상한치를 초과하면, 이산화티탄 입자가 전에 언급한 평균입도 범위를 넘어 성장할 수 있다.
다음으로, S4단계를 보면, 상기 열처리된 젤화물에서 용매를 제거하고 에탄올, 터핀올 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 가하여 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계이다.
상기 열처리 후에 회전증발과 같은 공정으로 용매를 제거하고 에탄올, 터핀올 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 가하여 이산화티탄입자를 균일하게 분산시켜 페이스트를 제조한다.
여기서도 앞서 언급한 초음파 공정을 이용하여 페이스트상 나노 이산화티탄 입자의 균일성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르는 태양전지 전극의 제조방법은 상기한 방법으로 제조된 페이스트를 전도성 산화물층이 형성된 투명기판의 상부로 1차코팅하는 단계 및 상기 1차 코팅된 투명기판을 열처리하는 단계를 포함하는 특징이 있다.
먼저, 상기한 방법으로 제조된 페이스트를 전도성산화물층이 형성된 투명기판의 상부로 1차코팅하는 단계를 보면,
상기 전도성산화물층이 형성된 투명기판은 통상 투명도가 95 내지 99.9% 정도인 유리 소재의 기판(substrate)의 상부에 ITO, ZTO, FTO 와 같은 전도성산화물이 스퍼터와 같은 증착방법으로 수㎚ 내지 수십㎛ 두께로 증착되어 형성된 층을 말하며, 통상 전기 전도성이 확보된 투명전극으로 사용된다.
또한, 상기 전도성산화물층의 상부로 상기 페이스트를 1차코팅하는데, 이는 코팅된 표면이나 그 내부에서 기공에 채워진(filled) 니트로벤젠 유도체, 에탄올, 터핀올 또는 에틸셀룰로오스가 후공정인 열처리를 통하여 외부로 원활하게 제거될 수 있는 두께를 확보하기 위한 공정이다.
다음으로, 상기 1차코팅 층을 열처리하여 앞서 언급한 바와 같이, 니트로벤젠 유도체, 에탄올, 터핀올 또는 에틸셀룰로오스는 물론 잔류하는 탄소를 제거하여 두께 8 ~ 10 마이크론의 티타늄산화물층을 형성하는 공정이다.
여기서 열처리전의 티타늄산화물층의 두께는 1차코팅된 페이스트의 농도, 점도와 같은 물성에 의하여 변할 수 있는 것으로 제조에서 요구하는 두께보다 낮거나 적을 수 있어서, 이후 상기 열처리 공정에 이어 1차코팅된 티탄늄산화물층의 상부에 2차코팅을 하여 열처리를 수행할 수 있으며(A단계), 이러한 반복 코팅 및 열처리는 두께가 두꺼워질 필요에 따라 복수회 반복할 수 있음은 물론이다.
이러한 열처리는 400 내지 550℃일 수 있는데, 이러한 범위에서 용매, 니트로 벤젠 유도체, 기타 잔류탄소의 제거가 원활하여 효과적인 열처리가 이루어질 수 있다.
이러한 공정은 1번에 완료되기 어려운 불리함이 있으나, 상기 니트로벤젠 유도체, 에탄올, 터핀올 또는 에틸셀룰로오스는 물론 잔류하는 탄소까지 제거될 수 있도록 충분한 그 기체상의 경로(path)를 제공할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 상기 2차코팅에 사용되는 페이스트는 본 발명에 따르는 페이스트는 물론 통상의 페이스트나, 티티늄이 아닌 다른종류의 금속산화물 입자를 포함하거나, 특정요구(조절된 농도, 입도와 같은 물성을 가진 금속산화물 페이스트)를 수행하는 페이스트 등을 사용할 수 있다.
상기 열처리후 태양전지 전극에 사용되는 염료를 흡착시켜 광전극을 제조할 수 있다.
상기 염료는 상기 티타늄산화물층이나 금속산화물층에 흡착되어 광경로를 제공할 수 있는 한 특별하게 한정할 것은 아니다.
한편, 상기 열처리를 마친 태양전지 전극에 염료를 흡착하여 광전극을 형성하고, 통상의 상대전극 제조, 밀봉, 전해질 주입 등의 공정을 거쳐 본 발명에 따르는 태양전지를 제조할 수 있다.
실시예 1: 태양전지 전극 페이스트의 제조
티타늄아이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 아세트산(acetic acid), 계면활성제(triton X-100; non-ionic surfactant)를 프로판올(2-propanol) (200g) 에 284g: 60g: 3g의 비율로 녹여서, 여기에 3,5-Dinitrosalicylic acid을 5.4g 가하여 3,5-Dinitrosalicylic acid의 농도가 1wt%로 되게하였다. 다음으로 균일한 분산을 하며 60분간 증류수를 방울방울 적하하여 젤화시켰다. 다음으로, 이를 수열합성기(autoclave)에 투입하여 공정온도 200℃, 공정압력15 bar에서 15시간 동안 열처리하였다. 다음으로, 생성된 에멀젼을 회전증발기를 이용하여 용매를 증발시키고 에탄올(ethanol), 터핀올(terpinol), 에틸셀룰로오즈(ethyl cellulose)를 가하여 25 wt%가 되도록 혼합하고, 초음파분산기로 40분동안 분산시켜 1wt%의 3,5-다이니트로살리실산이 혼입된 본 발명에 따르는 염료감응 태양전지 전극 페이스트를 제조하였다.
실시예 2: 태양전지 전극 페이스트의 제조
3,5-Dinitrosalicylic acid을 2.7g을 가하여 그 농도가 0.5wt%로 되게 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 염료감응 태양전지 전극 페이스트를 제조하였다.
실시예 3: 태양전지의 제조
실시예 1에 의한 이산화티탄 페이스트를 불소가 도핑된 틴 옥사이드가 증착된 유리기판(FTO-유리)에 닥터블레이드방법으로 코팅하여 470 ℃, 30분 동안 열처리하여 평균 8 ㎛ 두께의 코팅층을 얻었다. 다음으로, 상기 코팅층의 상부에 이산화티탄 페이스트을 2차코팅하고 470 ℃, 30분 동안 열처리하여 평균두께 15μm인 금속산화물층을 형성하였다. 다음으로 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트가 에탄올에 녹아있는 염료용액을 준비하여, 여기에 상기 금속산화물층이 형성된 유리기판을 24시간 동안 담지한 후 건조시켜 광전극을 제조하였다. 다음으로, 다른 FTO 유리기판에 육염화백금산(H2PtCl6)이 녹아있는 2-프로판올 용액을 적하하고, 450 ℃, 30분 동안 열처리하여 백금층을 형성시켜 상대전극을 제조하였다. 다음으로, 상기 광전극과 배금층이 서로 대향하도록 배치하되, 그 테투리 부위에 서린(SURLYN; Du Pont사 제조)으로 60㎛두께의 열가소성 고분자층을 형성하고 130℃, 2분 동안 유지하여 두 전극을 이격된 상태로 테투리만 부착하였다. 다음으로, 광전극과 상대전극을 관통하는 미세 홀을 형성하고 이 홀을 통해 이격된 두 전극 사이의 공간에 3-Methoxypropionitrile 용매에 0.1M LiI, 0.05M I2, 0.5M 4-tert-butylpyridine과 이온성액체인 0.6M 1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium iodide을 녹여서 제조한 전해질 용액을 주입하고 상기 홀을 접착제로 봉하여 본 발명에 따르는 염료감응 태양전지를 제조하였다.
실시예 4: 태양전지의 제조
실시예 2에 의한 이산화티탄 페이스트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 본 발명에 따르는 태양전지를 제조하였다.
비교예
TiO2 페이스트(스위스 솔라로닉 사, D-paste)를 불소가 도핑된 틴 옥사이드가 증착된 유리기판(FTO-유리)에 닥터블레이드방법으로 코팅하여 610 ℃, 50분 동안 열처리하여 평균 15 ㎛ 두께의 코팅층을 제조하고, 이후에 염료 코팅, 상대전극 준비, 밀봉 및 전해질 주입은 위 실시예 3과 동일한 방법으로 하여 태양전지를 제조하였다.
시험예
상기 실시예 3, 4 및 비교예에서 제조한 태양전지의 광전변환 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 방법으로 광전압 및 광전류를 측정하여 광전기적 특성을 관찰하고, 이를 통하여 얻어진 전류밀도(Isc), 전압(Voc), 및 충진계수(fillfactor, ff)를 이용하여 광전변환 효율(ne)를 하기 수학식 1로 계산하였다.
<수학식 1>
ne = (Voc ㅧ Isc ㅧ ff) / (Pine)
상기 수학식 1에서, (Pine)는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다.
상기와 같이 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다.
이때, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양조건(AM 1.5)은 표준 태양전지를 사용하여 보정하였다.
구분 전류밀도(/cm2) 전압(V) 충진계수 광전변환 효율(%)
실시예 3 15.299 0.784 0.700 8.410
실시예 4 15.125 0.806 0.678 8.270
비교예 15.102 0.789 0.683 8.158
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예와 대비하여, 본 발명에 따르는 실시예 3 및 실시예４에 의한 태양전지의 효율이 상대적으로 높음을 알 수 있다.
또한, 하기 표 2를 통하여 확인할 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 광전극은 비교예에 의한 것보다 전극에 존재하는 잔류탄소의 양이 줄어듦을 알 수 있다.
이는 열처리시 상기 니트로 벤젠 유도체 화합물이 산화하면서 표면에 생기는 탄소를 산화시켜 잔류탄소의 양을 감소시키는 것으로 보인다.
아울러, 실시예 1에 의한 염료감응 태양전지 전극 페이스트를 상온에서 700℃까지 열분석한 그래프를 참조하면(도 2 참조), 상기 유기바인더(Binder)는 350℃전후에서 니트로벤젠 유도체 화합물(N.B.C)은 470℃ 전후에서 연소되어, 낮은 온도에서 제거할 수 있어 염료흡착량을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
분석항목
시료명		 ℃원소분석(wt%)
탄소(C) 수소(H) 질소(N)
비교예 0.16 1.32 N.D
실시예 3 0.12 1.27 N.D
실시예 4 0.10 1.31 N.D

Claims (13)

  1. 티타늄아이소프로폭사이드, 아세트산 및 계면활성제를 알콜용매에 가하여 혼합하는 S1단계;
    상기 혼합물에 니트로 벤젠 유도체 화합물을 가하고 물을 이용하여 젤화물로 상변화시키는 S2단계;
    상기 젤화물을 열처리하는 S3단계; 및
    상기 열처리된 젤화물에서 용매를 제거하고 에탄올, 터핀올 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 가하여 혼합하여 페이스트를 제조하는 S4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 니트로 벤젠 유도체 화합물은 니트로아니솔(nitroanisole), 니트로아닐린(nitroaniline), 니트로벤즈알데히드(nitrobenzaldehyde), 니트로벤자미드(nitrobenzamide), 니트로벤지미다졸(nitrobenzimidazole), 니트로벤지미다졸린(nitrobenzimidazolinone), 니트로벤조니트릴(nitrobenzonitrile), 니트로벤조페논(nitrobenzophenone), 니트로벤질알코올(nitrobenzylalcohol), 니트로톨루엔(nitrotoluene), 디니트로아니솔(di-nitroanisole), 디니트로아닐린(di-nitroaniline), 디니트로벤즈알데히드(di-nitrobenzaldehyde), 디니트로벤자미드(di-nitrobenzamide), 디니트로벤지미다졸(di-nitrobenzimidazole), 디니트로벤지미다졸린(di-nitrobenzimidazolinone), 디니트로벤조니트릴(di-nitrobenzonitrile), 디니트로벤조페논(di-nitrobenzophenone), 디니트로벤질알코올(di-nitrobenzylalcohol) 및 디니트로톨루엔(di-nitrotoluene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 니트로 벤젠 유도체 화합물은 3,5-다이니트로살리실산(3,5-Dinitrosalicylic acid)인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 S1단계, S2단계 또는 S4단계에 균일한 혼합을 위하여 초음파 분산하는 공정을 더 포함하는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리는 온도 150 내지 250℃, 압력 5 내지 20 bar 환경에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극 페이스트의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조되는 염료감응 태양전지 전극 페이스트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극 페이스트로 전극을 형성(coating)하고, 열처리 후에 염료를 흡착하여 태양전지용 광전극을 제조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열처리 공정에 이어 1차코팅된 티탄늄산화물층의 상부에 2차코팅하여 열처리하는 A단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 A단계는 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 2차코팅에 사용되는 페이스트는 금속산화물입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 열처리는 400 내지 550℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 전극의 제조방법.
  12. 제 7 항의 제조방법에 의하여 제조되는 염료감응 태양전지 전극.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 염료감응 태양전지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
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