KR101376835B1 - 나노 와이어를 이용한 광전극 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 와이어를 이용한 광전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극은, 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층의 상면에 형성되며, 상기 산화물 반도체층과 동일한 성분으로 구성된 나노 와이어에 금속 성분의 나노 파티클이 증착되어 입사된 빛을 산란시키는 나노 와이어층과. 상기 산화물 반도체층의 하면에 형성되며, 상기 나노 와이어층을 통해 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달하는 작동 전극층을 포함한다.
이에 따라, 금속 성분의 나노 파티클이 증착되는 반도체 산화물 성분의 나노 와이어가 계층적으로 패터닝된 광전극을 이용함으로써, 입사되는 빛에 의해 자극을 받은 나노 파티클 속에 있는 가전자가 공명을 일으키면서 진동하는 가전자의 전도 성능을 향상시키고, 계층적으로 패터닝된 나노 와이어에 의한 빛가둠 효과를 향상시켜 물분해 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

나노 와이어를 이용한 광전극 및 그 제조 방법{PHOTOELECTRODE USING NANO WIRE AND METHOD FOR PRODUCING THE PHOTOELECTRODE}
본 발명은 나노 와이어를 이용한 광전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물분해 성능을 향상시키기 위해 금속 성분의 나노 파티클이 증착된 나노 와이어를 포함하는 광전극에 관한 기술이 개시된다.
최근 들어 세계적인 고유가 행진과 화석연료 고갈에 대응하기 위하여 대체 에너지원 발굴에 대한 필요성이 높아지고 있다. 60년대 이후 석유고갈 문제가 제기되면서 다양한 대체에너지가 개발되고 있으며, 그 대체에너지원으로는 태양열/광 발전, 풍력 발전, 수력 발전, 지열 발전, 조력 발전 등이 있다. 그리고 새롭게 부각되고 있는 수소 에너지는 거의 무한정하게 사용할 수 있는 에너지 자원으로 궁극적으로 인류가 당면해 있는 에너지와 환경문제를 해결할 수 있는 꿈의 에너지원으로 평가되고 있다. 수소는 다음과 같은 장점을 가지고 있어 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 것으로 판단되고 있다.
즉, 수소는 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며, 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어지고, 산업용의 기초 소재로부터 일반연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있으며. 연료로 사용할 경우에 극소량의 질소산화물(NOx) 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않으며, 연료로서의 사용이 간편하며, 가스나 액체로 쉽게 수송할 수 있으며, 고압가스, 액체수소, 금속수소화물(Metal hydride) 등의 다양한 형태로 저장 이 용이하다는 장점을 가진다.
수소를 생산하는 방법 중 보다 안정적이고 보다 경제적인 방법은 무한청정자원인 태양에너지를 이용한 물 전기 분해방법이다. 개질반응(reforming reaction)은 원료로 천연가스나 석유 등을 이용하기 때문에 한계가 있지만 물은 풍부한 자원이다. 또한, 수소를 에너지로 이용하면 다시 물로 되돌아가기 때문에 대부분 에너지원을 열로 소비하는 산업형태에서는 무한에너지라고 할 수 있으며, 태양에너지 또한 무한하며 청정한 에너지원이다. 따라서 태양에너지를 이용한 수소의 생산이 장기적으로 보았을 때 대체에너지로 적합하다고 평가받고 있다.
도 1은 종래의 광전극을 이용한 물분해 시스템을 설명하기 위한 예시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광전극을 이용한 물분해 시스템(100)은 물이 채워진 수조(10) 내에 광전극(20)과 상대전극(40)이 담궈지며, 이 경우 광전극(20)과 상대전극(40)은 전선(30)을 통해 연결되며, 보조전원(35)의 전압을 이용하여 광전극(20)의 전자를 보다 쉽게 상대전극(40)으로 이동시킬 수 있다. 광전극(20)의 표면에서는 물분자(H20)를 산화시켜 산소분자(O2)를 생성하며, 상대전극(40)에서는 광전극(20)으로부터 이동된 전자를 이용하여 물분자(H20)를 환원시켜 수소분자(H2)를 생성한다.
물분해 시스템에 있어서 전자 발생을 위한 캐리어의 수집과 광 흡수율을 향상시키는 것은 수소 발생 효율을 향상시키기 위해 중요한 방법이다. 광전극은 광 흡수 능력에 따라 성능에 영향을 많이 받기 때문에, 빛의 산란 효과를 향상시키면서 전자의 트랩(trap) 효과를 최대화할 수 있는 구조가 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1026418호(2011. 03. 26)에 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는, 물분해 성능을 향상시키기 위해 금속 성분의 나노 파티클이 반도체 산화물 성분의 나노 와이어에 증착되고, 나노 와이어가 계층적으로 패터닝된 나노 와이어를 이용한 광전극 및 그 제조 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극은, 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층의 상면에 형성되며, 상기 산화물 반도체층과 동일한 성분으로 구성된 나노 와이어에 금속 성분의 나노 파티클이 증착되어 입사된 빛을 산란시키는 나노 와이어층과. 상기 산화물 반도체층의 하면에 형성되며, 상기 나노 와이어층을 통해 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달하는 작동 전극층을 포함한다.
또한, 상기 나노 파티클의 전자가 상기 입사된 빛에 의해 여기되어 상기 나노 와이어를 통해 상기 작동 전극층 및 상기 상대 전극으로 순차적으로 이동하고, 상기 여기된 전자가 물과 산화 반응하여 수소를 생성하고, 상기 가전자의 이동에 따라 상기 나노 와이어층에 형성된 정공이 물과 환원 반응하여 산소를 생성할 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어층은, 복수의 나노 와이어로 구성되는 나노 와이어 그룹이 기 설정된 간격으로 반복되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어는 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3) 및 산화 텅스텐(WO3) 중 어느 하나의 성분으로 구성되고, 상기 나노 파티클은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 어느 하나의 성분으로 구성되는 나노 와이어층을 이용할 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어는, 높이가 600nm 이상 700nm 이하이며, 직경이 60nm 이상 90nm 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어는 나노 튜브로 대체될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법은, 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달하는 작동 전극층을 준비하는 단계와, 상기 작동 전극층의 상면에 산화물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 산화물 반도체층의 상면에 폴리머 기판을 형성하는 단계와, 상기 폴리머 기판에 기 설정된 간격으로 복수의 홀을 형성하는 단계와, 상기 산화물 반도체층 수열 합성하여 상기 폴리머 기판에 형성된 복수의 홀 안에 복수의 나노 와이어로 구성된 나노 와이어 그룹을 형성하는 단계와, 상기 형성된 나노 와이어에 금속 성분의 나노 파티클을 증착시키는 단계와, 상기 폴리머 기판을 제거하여 상기 산화물 반도체층 상에 상기 나노 와이어 그룹이 형성된 나노 와이어층을 형성하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 금속 성분의 나노 파티클이 증착되는 반도체 산화물 성분의 나노 와이어가 계층적으로 패터닝된 광전극을 이용함으로써, 입사되는 빛에 의해 자극을 받은 나노 파티클 속에 있는 가전자가 공명을 일으키면서 진동하는 가전자의 전도 성능을 향상시키고, 계층적으로 패터닝된 나노 와이어에 의한 빛가둠 효과를 향상시켜 물분해 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 광전극을 이용한 물분해 시스템을 설명하기 위한 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 사시도,
도 3은 도 1에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법의 흐름도,
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법에 대해 단계별 공정을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극은 상대 전극과 연결되어 물을 분해하는데 사용되며, 이 경우 광전극의 표면에서는 물분자(H20)를 산화시켜 산소분자(O2)를 생성하며, 상대 전극에서는 광전극으로부터 이동된 전자를 이용하여 물분자(H20)를 환원시켜 수소분자(H2)를 생성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극(200)은 산화물 반도체층(210), 나노 와이어층(220) 및 작동 전극층(230)을 포함한다.
산화물 반도체층(210)은 수열 합성(hydrothermal)을 통해 나노 와이어(221)를 성장시키는 일종의 시드 레이어(seed layer)이다. 예를 들어, 산화물 반도체층(210)은 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3) 및 산화 텅스텐(WO3) 중 어느 하나의 성분으로 구성될 수 있으나, 이 중 n형 반도체로서 나노 와이어(221), 나노 튜브 등을 성장시킬 수 있으며, 넓은 밴드갭(bandgap)을 가지며, 높은 여기 결합 에너지(excitation binding energy)를 가지는 산화 아연(ZnO)을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 나노 와이어층(220)은 나노 와이어(221)와 나노 파티클(222)을 포함한다. 나노 와이어(221)는 산화물 반도체층(210)의 상면에 형성되는 구조체로서, 복수의 나노 와이어(221)로 구성되는 나노 와이어 그룹(223)이 기 설정된 간격으로 반복되어 형성될 수 있다. 나노 와이어(221)는 일종의 원형 관의 구조를 가지며, 나노 와이어(221)를 중앙이 천공된 형태의 나노 튜브로 대체하는 것도 가능하다. 이 경우, 나노 와이어(221)는 예를 들어 높이가 600nm 이상 700nm 이하이며, 직경이 60nm 이상 90nm 이하로 형성될 수 있다. 또한, 나노 와이어(221)는 산화물 반도체층(210)의 성분에 대응하여 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3) 및 산화 텅스텐(WO3) 중 어느 하나의 성분으로 구성될 수 있다.
또한, 나노 와이어층(220)의 나노 와이어 그룹(223) 간에는 에어 갭(air gap)이 형성될 수 있다. 따라서, 나노 와이어층(220)의 단면은 [나노 와이어 그룹(223)]-[에어 갭]-[나노 와이어 그룹(223)]-[에어 갭]이 순차적으로 반복된 패턴으로 형성된다. 이 경우, 나노 와이어 그룹(223)의 크기 및 에어 갭의 크기는 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다. 나노 와이어층(220)은 에어 갭을 포함함에 따라 입사되는 빛을 흡수하는 표면적이 감소하나, 각각의 나노 와이어 그룹(223)은 복수의 나노 와이어(221)로 구성되며, 복수의 나노 와이어 그룹(223)이 계층적으로 형성되므로 빛 흡수 표면적의 감소를 최소화하며, 광 흡수율을 증가시킬 수 있다.
나노 파티클(222)은 나노 와이어(221)의 표면에 증착되는 복수의 미세 입자이며, 이 경우 용액 코팅(solution coating) 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 나노 파티클(222)은 금속 성분으로 구성되며, 특히 전도성이 좋은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 어느 하나의 성분으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 나노 파티클(222) 에 존재하는 가전자(valence electron)가 입사된 빛에 의해 여기된 전자(excited electro)가 되며, 여기된 전자는 나노 와이어(221)를 통해 작동 전극층(230) 및 상대 전극(도시하지 않음)으로 순차적으로 이동하고, 최종적으로 여기된 전자가 물과 산화 반응하여 수소를 생성하게 된다. 한편, 나노 와이어층(220)의 나노 와이어(221) 및 나노 파티클(222)의 표면에 가전자의 이동에 따라 형성된 정공은 물과 환원 반응하여 산소를 생성하게 된다.
또한, 나노 파티클(222)에서는 입사되는 빛에 의해 자극을 받은 가전자(valence electron)가 공명을 일으키면서 집단적으로 진동하여 나노 와이어(221)를 통해 작동 전극층(230)으로 이동하게 된다. 이러한 공명이 일어나기 위한 조건은 입사된 빛인 포톤(photon)의 진동 주파수가 나노 파티클(222) 내부의 양전하를 가진 핵(nuclei)의 복원력에 대항하여 진동하는 표면 전자의 고유 주파수와 일치했을 때 성립한다.
이와 같이, 양극(anode)으로 n형의 산화물 반도체층(210)을 포함하는 광전극(200)을 물 또는 전해질용액에 넣으면 광전극(200) 표면으로부터 용액으로 전자 이동이 일어나고, 이러한 전자의 이동은 물과 접촉하고 있는 광전극(200) 표면의 전위가 달라지게 하여 띠 구부러짐 현상을 유도한다. 이때, 광전극(200)이 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 광을 흡수하게 되면 나노 파티클(222)에 존재하는 가전자대의 전자가 전도대로 여기되게 되는데, 이 여기된 전자는 반도체 산화물층 표면의 띠 구부러짐에 의해 생긴 전위차 때문에 가전자대의 정공과 재결합을 하는 작동 전극층(230)을 통해 상대전극으로 이동하여 물을 환원 반응시켜 수소를 생성하고, 가전자대의 정공은 물을 산화 반응시켜 산소를 발생시킨다.
한편, 작동 전극층(230)은 산화물 반도체층(210)의 하면에 형성되며, 나노 와이어층(220)을 통해 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달한다. 작동 전극층(230)은 예를 들어 실리콘 기판으로 형성될 수 있으며, 외부의 상대 전극과 전선으로 연결된다. 작동 전극층(230)은 나노 와이어층(220)으로부터 여기된 전자를 수집하고, 이를 전선을 통해 외부의 상대 전극으로 전자를 이동시킨다. 이 경우, 상태 전극에서는 여기된 전자를 이용하여 물과 환원 반응하여 수소를 생성하게 된다.
도 3은 도 1에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법의 흐름도이고, 도 4a 내지 도 4e는 도 3에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법에 대해 단계별 공정을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 3 및 도 4a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법은 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달하는 작동 전극층(230)을 준비한다(S310). 작동 전극층(230)은 유리 기판으로 예를 들어 실리콘(Si) 성분으로 구성될 수 있다.
다음으로, 작동 전극층(230)의 상면에 산화물 반도체층(420)을 형성한다(S320). 산화물 반도체층(420)은 앞서 설명한 바와 같이 나노 와이어를 성장시키는 일종의 시드 레이어(seed layer)이다. 예를 들어, 산화물 반도체층(420)은 200nm로 두께로 작동 전극층(230)의 상면에 형성되며, 이 경우 스퍼터링(sputtering) 방식으로 이온화된 산화물을 세척된 작동 전극층(230)의 상면에 증착시키게 된다. 이 경우, 산화물 반도체는 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3) 및 산화 텅스텐(WO3) 중 어느 하나의 성분으로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4b를 참조하면, 산화물 반도체층(420)의 상면에 폴리머 기판(430)(polymer template)을 형성한다(S330). 폴리머 기판(430)은 사슬 모양 중합체, 다리걸침 중합체, 그물 모양 중합체 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 이후에 나노 와이어를 산화물 반도체층(420)의 상면의 특정 영역에 성장시키기 위한 틀을 제공하는 역할을 한다.
다음으로, 폴리머 기판(430)에 기 설정된 간격으로 복수의 홀(431)을 형성한다(S340). 이 경우, 간섭 리소그래피(interference lithography) 방식을 이용하여 폴리머 기판(430)에 기 설정된 간격으로 복수의 홀(431)(hole)을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 장치(600)와 미러(500)를 이용하여 폴리머 기판(430)에 기 설정된 크기의 홀(431)을 형성하며, 레이저 장치(600)와 미러(500) 간의 각도를 조절하여 각각의 홀(431) 간의 간격을 조절할 수 있다. 또한, 미러(500)를 사용하지 않고 폴리머 기판(430)을 평면으로부터 90도 회전시킨 상태에서 레이저 장치(600)를 통해 레이저를 조사하여 홀(431)을 생성하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 3 및 도 4c를 참조하면, 산화물 반도체층(420)을 수열 합성하여 폴리머 기판(430)에 형성된 복수의 홀(431) 안에 복수의 나노 와이어(441)로 구성된 나노 와이어 그룹(443)을 형성한다(S350). 이 경우, 수열 합성의 온도, 압력 등의 조건은 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다. 폴리머 기판(430)의 홀(431) 안에는 높이가 600nm 이상 700nm 이하이며, 직경이 60nm 이상 90nm 이하인 복수의 나노 와이어(441)가 밀집하여 형성되며, 홀(431) 밖의 폴리머 기판(430)에는 나노 와이어(441)가 형성되지 않는다. 또한, 각각의 홀(431) 안에는 복수의 나노 와이어(441)가 나노 와이어 그룹(443)을 형성한다. 이에 따라, 복수의 나노 와이어 그룹(443)은 계층적으로 패턴화되어 형성되므로, 빛의 산란 및 가둠 효과를 증대시킬 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4d를 참조하면, 폴리머 기판(430)에 형성된 복수의 홀(431)을 통해 성장한 나노 와이어(441)에 금속 성분의 나노 파티클(442)을 증착시킨다(S360). 예를 들어, 나노 파티클(442)은 용액 코팅(solution coating) 방법을 이용하여 증착시킬 수 있으며, 나노 와이어(441)가 산화 아연(ZnO) 성분이고, 나노 파티클(442)이 금(Au) 성분인 경우, 금(Au)이 환원되어 산화 아연(ZnO)의 표면에 증착된다. 이 경우, 폴리머 기판(430)의 홀(431)을 통해 성장된 나노 와이어(441) 중 폴리머 기판(430)보다 높게 형성되어 외부에 노출된 부분에만 나노 파티클(442)이 증착될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4e를 참조하면, 폴리머 기판(430)을 제거하여 산화물 반도체층(420) 상에 나노 와이어 그룹(443)이 형성된 나노 와이어층(440)을 형성한다(S370). 폴리머 기판(430)은 앞서 설명한 바와 같이 산화물 반도체층(420) 위에 나노 와이어 그룹(443)이 계층적으로 형성된 나노 와이어층(440)을 형성하기 위해 사용되는 임시적인 기판이다. 나노 와이어(441)에 나노 파티클(442)이 증착된 이후에는 산소 플라즈마를 이용하여 열처리 또는 화학 작용을 통해 폴리머 기판(430)을 제거하게 된다.
폴리머 기판(430)을 제거하면 나노 와이어층(440)에 포함되는 복수의 나노 와이어 그룹(443) 간에는 에어 갭이 형성되며, 나노 와이어 그룹(443)에 포함되는 복수의 나노 와이어(441)는 폴리머 기판(430)보다 높게 형성되어 외부에 노출된 부분에만 나노 파티클(442)이 증착되어 있다. 따라서, 나노 와이어 그룹(443)과 에어 갭이 반복되는 계층적 구조의 나노 와이어층(440)이 형성된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 금속 성분의 나노 파티클이 증착되는 반도체 산화물 성분의 나노 와이어가 계층적으로 패터닝된 광전극을 이용함으로써, 입사되는 빛에 의해 자극을 받은 나노 파티클 속에 있는 가전자가 공명을 일으키면서 진동하는 가전자의 전도 성능을 향상시키고, 계층적으로 패터닝된 나노 와이어에 의한 빛가둠 효과를 향상시켜 물분해 효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
10 : 수조
20 : 광전극
30 : 전선
35 : 보조전원
40 : 상대전극
100 : 광전극을 이용한 물분해 시스템
200 : 광전극
210 : 산화물 반도체층
220 : 나노 와이어층
221 : 나노 와이어
222 : 나노 파티클
223 : 나노 와이어 그룹
230 : 작동 전극층
410 : 작동 전극층
420 : 산화물 반도체층
430 : 폴리머 기판
431 : 홀
440 : 나노 와이어층
441 : 나노 와이어
442 : 나노 파티클
443 : 나노 와이어 그룹
500 : 미러
600 : 레이저 장치

Claims (12)

  1. 산화물 반도체층;
    상기 산화물 반도체층의 상면에 형성되며, 상기 산화물 반도체층과 동일한 성분으로 구성된 나노 와이어에 금속 성분의 나노 파티클이 증착되어 입사된 빛을 산란시키는 나노 와이어층; 및
    상기 산화물 반도체층의 하면에 형성되며, 상기 나노 와이어층을 통해 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달하는 작동 전극층을 포함하는 나노 와이어를 이용한 광전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 파티클의 가전자가 상기 입사된 빛에 의해 여기되어 상기 나노 와이어를 통해 상기 작동 전극층 및 상기 상대 전극으로 순차적으로 이동하고, 상기 여기된 전자가 물과 산화 반응하여 수소를 생성하고,
    상기 가전자의 이동에 따라 상기 나노 와이어층에 형성된 정공이 물과 환원 반응하여 산소를 생성하는 나노 와이어를 이용한 광전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노 와이어층은,
    복수의 나노 와이어로 구성되는 나노 와이어 그룹이 기 설정된 간격으로 반복되어 형성되는 나노 와이어를 이용한 광전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3) 및 산화 텅스텐(WO3) 중 어느 하나의 성분으로 구성되고,
    상기 나노 파티클은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 어느 하나의 성분으로 구성되는 나노 와이어를 이용한 광전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노 와이어는,
    높이가 600nm 이상 700nm 이하이며, 직경이 60nm 이상 90nm 이하로 형성되는 나노 와이어를 이용한 광전극.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 나노 튜브로 대체될 수 있는, 나노 와이어를 이용한 광전극.
  7. 산란된 빛에 의해 여기된 전자를 수집하여 외부의 상대 전극으로 전달하는 작동 전극층을 준비하는 단계;
    상기 작동 전극층의 상면에 산화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 산화물 반도체층의 상면에 폴리머 기판을 형성하는 단계;
    상기 폴리머 기판에 기 설정된 간격으로 복수의 홀을 형성하는 단계;
    상기 산화물 반도체층 수열 합성하여 상기 폴리머 기판에 형성된 복수의 홀 안에 복수의 나노 와이어로 구성된 나노 와이어 그룹을 형성하는 단계;
    상기 형성된 나노 와이어에 금속 성분의 나노 파티클을 증착시키는 단계; 및
    상기 폴리머 기판을 제거하여 상기 산화물 반도체층 상에 상기 나노 와이어 그룹이 형성된 나노 와이어층을 형성하는 단계를 포함하는 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노 파티클의 가전자가 입사된 빛에 의해 여기되어 상기 나노 와이어를 통해 상기 작동 전극층 및 상기 상대 전극으로 순차적으로 이동하고, 상기 여기된 전자가 물과 산화 반응하여 수소를 생성하고,
    상기 가전자의 이동에 따라 상기 나노 와이어층에 형성된 정공이 물과 환원 반응하여 산소를 생성하는 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3) 및 산화 텅스텐(WO3) 중 어느 하나의 성분으로 구성되고,
    상기 나노 파티클은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 어느 하나의 성분으로 구성되는 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 나노 와이어는,
    높이가 600nm 이상 700nm 이하이며, 직경이 60nm 이상 90nm 이하로 형성되는 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 홀을 형성하는 단계는,
    간섭 리소그래피를 이용하여 상기 폴리머 기판에 기 설정된 간격으로 상기 복수의 홀을 형성하는 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 나노 튜브로 대체될 수 있는, 나노 와이어를 이용한 광전극의 제조 방법.
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