KR101403708B1 - 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 상대전극(counter electrode)에 표면이 질화된 니켈 금속폼(foam)이나 티타늄(Ti)폼, 망간(Mn)폼, 몰리브데늄(Mo) 금속폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 기존의 염료감응형 태양전지의 상대전극에 형성되어 있는 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide) 대신에 표면이 질화된 니켈 금속폼(foam)이나 티타늄(Ti)폼, 망간(Mn)폼, 몰리브데늄(Mo) 금속폼을 이용함으로써 전해질과 반응하는 표면적이 증가되어 반응 효율이 향상되며, 금속에 인한 강도, 연성 등의 기계적인 성질 및 전기전도도가 향상될 뿐만 아니라, 종래 사용되던 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide)을 대신할 수 있는 산화환원 효율을 가지면서도 원가가 저렴한 물질을 이용함으로써 생산원가를 줄일 수 있는 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

염료감응형 태양전지 및 그 제조방법{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지 중 상대전극의 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide) 대신에 표면이 질화된 니켈 금속폼(foam)이나 티타늄(Ti)폼, 망간(Mn)폼, 몰리브데늄(Mo) 금속폼을 이용하는 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화석연료의 대량소비에 의한 온난화와 대기오염 등 지구 환경문제와 에너지 문제는 21세기에도 인류의 제일 중요한 과제로 될 것이다. 태양전지는 깨끗하고 무한한 태양에너지를 가장 효율적인 에너지 형태로 직접 변환하기 때문에 지구상 어느 장소에서도 이용 가능하며, 에너지, 환경의 가장 근원적인 해결책이 될 것으로 기대되고 있다.
염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cell)는 광합성 작용을 모방해 태양빛을 에너지로 변환하는 태양전지의 일종이다. 기존의 실리콘 태양전지에 비해 적은 빛으로도 고효율의 에너지 변환이 가능하고, 비싼 반도체 소재(Si) 혹은 독성 물질(카드뮴 등)이 포함되지 않아서 차세대 태양전지로 최근 각광받고 있다. 특히 염료감응형 태양전지는 사물을 구별할 수 있는 반투명한 상태로 제조할 수 있기 때문에 건물의 창문 등에 부착하는 건물일체형 태양전지(BIPV)로도 각광받고 있다.
일반적인 염료감응형 태양전지의 구조를 도 1에 나타내었다.
염료감응형 태양전지의 기본구조는 투명유리 위에 코팅된 투명전극(working electrode, counter electrode), 다공질 TiO2 입자, TiO2 입자에 흡착되어 있는 염료, 그리고 두 전극 사이에 있는 50～100μm 두께의 공간을 채우고 있는 산화환원용 전해질 용액이 들어있는 샌드위치 구조를 지니고 있다.
이와 같은 구조로 되어 있는 염료감응형 태양전지의 원리는 다음과 같다.
먼저, 태양광이 염료감응형 태양전지의 투명전극을 통과하여 TiO2 나노 결정체에 흡수되어 있는 염료를 조사하면 염료가 태양빛을 흡수하며 염료의 전자가 기저상태(groung state)에서 여기상태(excited state)로 광여기(photoexcitation)된다. 이로써 들뜬 전자는 TiO2의 전도대로 점프하게 되고 주입된 전자는 다공질의 TiO2의 막을 통해 확산되어 투명전극까지 도달하게 된다. 전극에 도달한 전자는 외부회로를 통해 상대전극으로 이동하며 전기를 생산한다. 반대로, 전자를 TiO2에 빼앗긴 염료는 전해질(iodide ion)로부터 전자를 얻어 환원되고 요오드화물(iodide)은 요오드(iodine)로 산화되며 요오드(iodine)는 상대전극으로부터 전자를 얻어 요오드화물(iodide)로 역시 환원된다. 이 과정이 반복되는 것으로 태양전지가 작동되며 산화환원과정이 반복된다.
상기 투명전극 중 상대전극(counter electrode)은 백금층과 전도성 기판(TCO)으로 구성되어 있고, 이는 전기화학 분야(연료전지 등)에서도 폭넓게 사용되고 있으나 백금의 가격이 비쌀 뿐만 아니라, 전도성 기판에 주로 사용되는 인듐(In)도 매우 비싼 물질이며, 지구상에 잔존하는 양에 한계가 있어 이를 다른 재료로 대체하고자 하는 연구가 계속되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 염료감응형 태양전지의 상대전극에 형성되어 있는 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide) 대신에 표면이 질화된 니켈 금속폼(foam)이나 티타늄(Ti)폼, 망간(Mn)폼, 몰리브데늄(Mo) 금속폼을 이용함으로써 전해질과 반응하는 표면적이 증가되어 반응 효율이 향상된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속의 사용으로 인한 강도, 연성 등의 기계적인 성질과 장기 수명, 신뢰성 및 전기전도도가 향상된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 사용되던 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide)을 대신할 수 있는 산화환원 효율을 가지면서도 원가가 저렴한 물질을 이용함으로써 생산원가를 줄일 수 있는 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 상대전극(counter electrode)에 표면이 질화된 금속폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 제공한다.
또한, 상기 금속폼(foam)은 dealloying 법 또는 무전해도금법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속폼은 평균 기포 직경 1㎚ 내지 1㎜이고, 기공률은 20% 내지 99%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속폼은 니켈(Ni)폼, 티타늄(Ti)폼, 망간(Mn)폼, 몰리브데늄(Mo) 폼 중에 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 있어서, (a) 완전 고용체를 이루는 니켈-망간(Ni-Mn) 합금을 제조하는 단계; (b) 상기 합금에 산 용액을 첨가하여 망간을 제거하고 니켈 폼을 제조하는 단계; (c) 상기 니켈 폼의 표면을 질화하는 단계; 및 (d) 상기 니켈 폼을 포함하는 상대전극을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 (a)단계에서 니켈-망간의 합금 제조시 니켈:망간의 함량은 3:7 내지 5:5인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b)단계에서의 산 용액은 HCl, HNO3, H2SO4 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 있어서, (a) 다공성 폴리머 구조체에 금속을 도금하는 단계; (b) 상기 도금된 구조체를 열처리하여 폴리머 구조체를 제거하고 금속폼을 제조하는 단계; (c) 상기 금속폼의 표면을 질화하는 단계; 및 (d) 상기 금속폼을 포함하는 상대전극을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폴리머 구조체는 PE (Polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate), PTFE (Poly-tetrafluoroethylene), ABS Plastic 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b) 단계의 열처리온도는 200 내지 600℃ 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계에서 질화는 300 내지 1000℃의 온도에서 암모니아로 표면을 질화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속폼은 평균 기포 직경 1㎚ 내지 1㎜이고, 기공률은 50% 내지 99%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 몰리브데늄(Mo) 중에 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기존의 염료감응형 태양전지의 상대전극에 형성되어 있는 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide) 대신에 표면이 질화된 니켈 등의 금속 나노 폼(Ni foam)을 이용함으로써 전해질과 반응하는 표면적이 증가되어 반응 효율이 향상되며, 니켈 등의 금속에 인한 강도, 연성 등의 기계적인 성질 및 전기전도도가 향상될 뿐만 아니라, 종래 사용되던 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide)을 대신할 수 있는 산화환원 효율을 가지면서도 원가가 저렴한 물질을 이용함으로써 생산원가를 줄일 수 있는 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 개략도.
도 2는 니켈(Ni) 및 백금(Pt)의 다양한 공정을 적용하였을 때의 광전류(photocurrent) 밀도를 전압에 따라 나타낸 그래프.
도 3에 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 상기 실시예의 태양전지의 FE-SEM 사진.
도 5는 상기 실시예의 EDS 실험결과.
도 6은 상기 실시예의 태양전지의 XRD결과를 나타낸 그래프.
도 7은 상기 실시예의 태양전지의 iv curve.
본 발명은, 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 상대전극(counter electrode)에 표면이 질화된 금속폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 염료감응형 태양전지의 상대전극에 코팅되는 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide)을 대신할 수 있는 금속폼층에 관한 것이다. 종래의 염료감응형 태양전지에 사용되는 백금 코팅층은 상대전극으로부터 전자를 받아 전해질의 I3 -가 3I-로 변환되는 반응에 필요로 되는 필수적인 구성층이나, 백금이 매우 고가의 물질이므로 염료감응형 태양전지의 생산원가를 높이게 되는 주요 구성성분이며, 또한 전도성 기판(TCO)에 사용되는 인듐도 매우 비싼 물질로서, 본 발명은 고가의 백금 및 전도성 기판(TCO, transparent conducting oxide)을 저가의 금속 폼으로 대체함으로써 생산원가를 줄일 수 있도록 하고 견고한 금속폼 구조체를 사용하여 신뢰성을 높이고자 하는 것이다.
위와 같이 염료감응형 태양전지의 상대전극(counter electrode)의 백금층을 대체할 수 있는 금속폼으로는 아이오다이드 전해질 내에서 견딜 수 있어야 하며, 높은 전기전도성과 전기화학적 활성도를 가지고 있을 뿐만 아니라, 태양빛을 흡수하여 전자를 받아 전해질의 I3 -를 3I-로 변환시키는 백금의 역할을 대신할 수 있는 반응 효율을 가지고 있는 물질이어야 한다.
본 발명에서는 이와 같은 조건을 만족시킬 수 있는 물질로서, 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 몰리브데늄(Mo)과 같은 금속의 표면을 질화(N)시킨 물질을 사용하고자 하였다.
도 2는 본 발명의 일실시예로서 니켈(Ni) 및 백금(Pt)의 다양한 공정을 적용하였을 때의 광전류(photocurrent) 밀도를 전압에 따라 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이 백금(Pt)으로 코팅된 실시예(Ni foil/Pt)에 비하여 니켈 포일(Ni foil)은 효율이 매우 떨어지지만, 질화된 니켈 포일(Nitrided Ni foil)은 효율이 향상되었으며, 질화된 니켈 입자 필름(Nitrided Ni particle film)은 이보다 더 효율이 좋은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상대전극의 백금층을 대체할 수 있는 층으로는 슬러리 형태의 입자 필름 보다 균일한 형태의 오픈 셀 구조의 금속폼을 사용하였으며, 표면을 질화시킴으로써 전이금속의 낮은 산화환원성을 보완함으로써 전도성 기판(TCO)의 역할도 함께 대체할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 금속폼은 공지의 다양한 제조방법을 제한없이 사용할 수 있으며, 그 예로서 파우더 소결법, 스페이스 홀더를 이용하는 방법, Ice-template법, 디얼로이법(dealloying), 무전해도금법 및 전기도금법을 들 수 있고, 특히 dealloying 법 또는 무전해도금법에 의하여 제조되는 것이 바람직하다.
오픈셀 타입의 폼을 만들기 위해서 가장 많이 사용되는 방식이 고상상태의 파우더 방식이다. 또한 금속 이온형태로 구조체(주로 폴리머 구조체)에 도포한 후 폴리머 구조체를 화학적, 열로 제거하는 방식인 전기 도금 또는 무전해 도금 방식을 이용할 수도 있다.
앞에서 언급한 파우더 소결법은 오픈셀 타입의 폼을 만들기 위해서 가장 많이 사용되는 방식으로서, 상온에서 파우더를 압축한 후에 고온에서 소결하여 오픈셀의 금속 폼을 형성하는 기술이다.
스페이스 홀더를 이용하는 방법은 공간을 차지하는 물질인 스페이스 홀더를 금속 파우더와 같이 혼합하고 후에 스페이스 홀더를 제거하여 기공을 남기는 기술이다. 예로서, 소금입자들과 금속 파우더를 섞어서 열처리 후, 물로 소금을 제거하는 방법을 예로 들 수 있으며, 폴리머 입자 또는 주석이나 마그네슘, 아연 등의 저융점 금속을 스페이스 홀더로 사용할 수 있다.
Ice-template법은 세라믹, 금속 또는 폴리머 파우더를 물, 바인더 등과 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 액화질소 안에 구리봉을 넣고, 그 위에 상기 슬러리를 부은 후에, 얼음 사이에서 동결된 금속 입자 슬러리를 동결건조기를 이용하여 어는점 이하에서 얼음만 건조시키면 얼음이 있던 자리가 기공이 되어 다공성 구조물을 형성하게 된다. 상기 다공성 구조물을 퍼니스(furnace)에 넣고 소결시킴으로써 다공성 금속 폼을 형성하는 기술이다. ice-template법의 장점으로는 방향성을 가진 기공 구조를 얻을 수 있으며, 연료전지에서 물이나 공기의 흐름을 원활히 할 수 있는 효과가 있다는 것이다.
디얼로이법(dealloying)은 주로 나노사이즈 메탈폼을 만드는데 사용되는 방식으로, 기본 개념은 두 개(또는 두개 이상)의 금속 원소들을 합금의 형태로 만들어서 특정 에칭용액을 사용하여 하나의 금속 원소를 선택적으로 에칭시켜 없앰으로써 나머지 하나의 금속원소로만 이루어진 나노 다공체가 형성되는 것이다. 이때, 두 개의 원소 사이에 어느 정도의 electrochemical potential 차이가 있어야 선택적인 에칭이 가능하다.
무전해도금법은 폴리머의 폼 구조체의 표면에 금속을 도포하기 위한 전처리 단계를 거친 후에 니켈 등의 금속 이온 용액에 담그면, 금속이 표면에 도포되며, 화학 용액이나 열처리 등을 통하여 폴리머를 추후에 제거하여 폼을 제조하는 방식이다.
전기도금법은 전기분해의 원리를 이용하여 물체의 표면을 도금하는 기술로서, 폴리머 표면을 전도성으로 만드는 전처리 과정을 거쳐 직접 전기를 가하여 폴리머 폼에 전기 도금함으로써 폴리머 폼에서 금속 폼을 제조하는 기술이다. 전기도금법의 장점은 상대적으로 도금 속도가 빠르며, 도금층의 순도가 높다는데 있으나, 도금 두께가 다소 불균일하다는 것이 단점이다.
본 발명의 일실시예로서 상기 dealloying법에 의하여 제조된 질화 니켈 폼을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조방법은 다음과 같다.
작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 있어서,
(a) 완전 고용체를 이루는 니켈-망간(Ni-Mn) 합금을 제조하는 단계;
(b) 상기 합금에 산 용액을 첨가하여 망간을 제거하고 니켈 폼을 제조하는 단계;
(c) 상기 니켈 폼의 표면을 질화하는 단계; 및
(d) 상기 니켈 폼을 포함하는 상대전극을 제조하는 단계
상기 (a)단계에서 니켈-망간의 합금 제조시 니켈:망간의 함량은 3:7 부터 6:4 까지의 범위인 것이 바람직하며, 특히 니켈:망간의 함량 비율이 3:7 내지 4:6인 것이 좀 더 넓은 표면적의 확보를 위해서 더 바람직하다. 상기 함량을 벗어나는 경우 니켈의 양이 너무 적어서 3차원 구조체를 이루기 어렵거나 니켈의 양이 너무 많아서 나노 사이즈의 기공이 적절히 분포된 금속폼을 제조하기 어려우므로 바람직하지 못하다.
상기 (b)단계에서의 산 용액은 HCl, HNO3, H2SO4 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서 상기 무전해도금법에 의하여 제조된 질화 금속폼을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조방법은 다음과 같다.
작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 있어서,
(a) 다공성 폴리머 구조체에 금속을 도금하는 단계;
(b) 상기 도금된 구조체를 열처리하여 폴리머 구조체를 제거하고 금속폼을 제조하는 단계;
(c) 상기 금속폼의 표면을 질화하는 단계; 및
(d) 상기 금속폼을 포함하는 상대전극을 제조하는 단계
또한, 상기 폴리머 구조체는 PE (Polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate), PTFE (Poly-tetrafluoroethylene), ABS Plastic 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 (b) 단계의 열처리온도는 200 내지 600℃ 범위인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 상기 (c)단계에서 질화는 300 내지 1000℃의 온도 사이의 범위에서 질소나 암모니아로 표면을 질화시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 니켈 폼(Ni foam)은 평균 기포 직경 1㎚ 내지 1㎜이고, 기공률은 20% 내지 99%인 것을 특징으로 한다. 기포의 크기 및 기공률은 다공성 폼의 제조에 사용되는 바인더 등의 종류 및 함량에 따라 영향을 미치며, 또한 제조 공정 중에서의 온도나 교반 강도 및 시간에 따라서 달라진다.
도 3에 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 설명하기 위한 개략도를 나타내었다.
개략도에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 상대전극(counter electrode)에는 종래에 사용되는 백금 코팅(도 1의 회색층) 및 전도성 기판(TOC)(도 1의 남색) 대신 표면이 질화된 니켈 폼(foam)이 형성되어 있으며, 이에 따라 태양전지의 생산시 고가의 백금 및 인듐을 사용하지 않아도 되므로 생산원가를 크게 절감할 수 있으며, 백금층으로 코팅한 전극과 유사한 산화환원 효율을 보일 수 있다. 또한, 금속 폼의 형태로부터 강도, 연성 등의 기계적 성질 및 전기전도도가 향상되며, 오픈 셀 형태의 연속된 구조로 되어 있기 때문에 전해질과 반응하는 표면적이 증가되어 반응 효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 상대전극에 적용되는 금속폼의 구조는 오픈 셀 구조의 질화된 금속폼의 일면에 기판이 부착되는 것이 일반적인 형태의 것이지만, 다양한 변형도 가능하다. 일예로 금속폼 제조시, 전해질과 접하는 면은 오픈 셀의 구조를 가지나, 이와 반대되는 면은 닫힌 구조로 제조하는 경우 별도의 기판에 부착하지 않고 금속폼 층만으로 구성할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지를 다음과 같은 방법에 의하여 제작하였다.
본 실험에서 사용된 니켈 폼은 다공성 폴리머 구조체에 니켈 금속을 도금하고 나서 상기 도금된 구조체를 열처리하여 폴리머 구조체를 제거하고 니켈 금속폼을 제조하는 단계를 통해 제작되었다. 제작된 벌크 형태의 니켈 폼에서 원하는 두께를 가진 샘플을 가공한 후 450℃의 온도에서 암모니아의 분위기에서 니켈폼 표면을 질화시키는 과정을 거쳤다.
그 후 slide glass 위에　 Surlyn(Dupont),　니켈폼을　순차적으로 올린 뒤에 핫플레이트에서 열을 가하여 니켈폼이 surlyn이 녹으면서 유리 기판 위에 붙도록 하였다(상대전극쪽).
전해질을 넣는 공간을 확보하기 위한　50　μm spacer를 그 위에 올리고, Gel 전해질(Dyesol사)을 떨어뜨린 뒤에, 그 위에 TiO2 전극을 올려서 셀을 구성하였다.
상기 방법에 의하여 제조된 상대전극에 질화된 금속폼이 적용된 염료감응형 태양전지의 효율을 보기 위하여 다음과 같은 실험을 진행하였다.
도 4는 상기 실시예의 태양전지의 FE-SEM 사진이다.
FE-SEM으로 측정한 표면은 입자들이 모여서 하나의 박막을 형성하고 있음을 알 수 있다.
도 5는 상기 실시예의 EDS 실험결과로서, 니켈이 대부분이고 작은양의 질소가 들어있음을 확인할 수 있다.
도 6은 상기 실시예의 태양전지의 XRD결과를 나타낸 그래프로서, nickel nitride가 표면에 소량 있기 대문에 질화가 되지 않은 니켈폼과 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 iv curve(왼쪽은 No scattering layer, 오른쪽은 Scattering layer)로서, 샘플을 두께를 250, 500 마이크로로 했고, 표면의 거칠기를 다르게 하기 위해서 산 용액에 에칭한 것(250um-acid, 500um-acid)과 하지 않은 것(250um, 500um) 두 가지 및 백금을 사용한 것(Pt)을 모두 데이터에 포함시켰다. 하기 표 1의 결과로부터 최대로 많이 나온 효율이 5% 가까이 나왔는데, 백금을 사용하는 기존의 태양전지 이상 또는 기존의 것과 비슷한 효율이 나온 것을 알 수 있다.
Voc jsc FF Eff.
No scattering layer
 250㎛ -0.82 6.83 0.65 3.64
250㎛-acid -0.83 8.19 0.62 4.23
500㎛ -0.74 8.26 0.61 3.75
500㎛-acid -0.83 7.17 0.69 4.11
Pt -0.78 9.27 0.62 4.46
이상으로 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (13)

  1. 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서,
    상기 상대전극(counter electrode)에 표면이 질화된 금속폼을 포함하며,
    상기 금속폼(foam)은 dealloying 법 또는 무전해도금법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속폼은 평균 기포 직경 1㎚ 내지 1㎜이고, 기공률은 20% 내지 99%인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속폼은 니켈(Ni)폼, 티타늄(Ti)폼, 망간(Mn)폼, 몰리브데늄(Mo) 폼 중에 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  5. 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 있어서,
    (a) 완전 고용체를 이루는 니켈-망간(Ni-Mn) 합금을 제조하는 단계;
    (b) 상기 합금에 산 용액을 첨가하여 망간을 제거하고 니켈 폼을 제조하는 단계;
    (c) 상기 니켈 폼의 표면을 질화하는 단계;및
    (d) 상기 니켈 폼을 포함하는 상대전극을 제조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 니켈-망간의 합금 제조시 니켈:망간의 함량은 3:7 내지 6:4의 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (b)단계에서의 산 용액은 HCl, HNO3, H2SO4 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  8. 작동전극(working electrode), 전해질(electrolyte) 및 상대전극(counter electrode)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 있어서,
    (a) 다공성 폴리머 구조체에 금속을 도금하는 단계;
    (b) 상기 도금된 구조체를 열처리하여 폴리머 구조체를 제거하고 금속폼을 제조하는 단계;
    (c) 상기 금속폼의 표면을 질화하는 단계;및
    (d) 상기 금속폼을 포함하는 상대전극을 제조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴리머 구조체는 PE (Polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate), PTFE (Poly-tetrafluoroethylene), ABS Plastic 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 열처리온도는 200 내지 600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  11. 제5항 또는 제8항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 질화는 300내지 1000℃의 온도에서 질소 또는 암모니아로 표면을 질화시키는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  12. 제5항 또는 제8항에 있어서,
    상기 금속폼은 평균 기포 직경 1㎚ 내지 1㎜이고, 기공률은 20% 내지 99%인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 금속은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 몰리브데늄(Mo) 중에 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
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