KR101409267B1 - 양자점 감응형 태양전지용 광음극의 제조방법 - Google Patents

양자점 감응형 태양전지용 광음극의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광음극(photoanode) 및 광음극에 대향하는 대향전극과 이들 사이에 개재된 전해질(electrolyte)을 포함하며, 상기 광음극은 투명 전도성 기판, 상기 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2)층, 상기 다공성 이산화티탄층에 접하여 구비된 광감응 양자점 층 및 상기 광감응 양자점 층 상부에 형성된 ZnS 덮개층을 포함하고, 상기 광음극은 ZnS 덮개층 형성 후 열처리되는 것을 특징으로 하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 ZnS 덮개층 형성 후 열처리된 양자점 감응형 태양전지는 열처리 단계에서 광감응 양자점의 크기가 커져 띠간격이 줄어들게 되어 광 흡수량이 증가되며, 이에 따라 광감응 양자점과 이산화티탄간의 연결이 좋아짐으로 인해 전자의 이동특성이 증가되고, ZnS 덮개층으로 인해 전자 정공의 재결합이 감소되는 바, 단락 전류의 상승으로 인한 우수한 광전변환 효율을 가진다.

Description

양자점 감응형 태양전지용 광음극의 제조방법{Manufacturing method of Quantum Dot-Sensitized photoanode}
본 발명은 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극(photoanode)의 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈과 여러 환경 문제들로 인하여 기존에 사용되던 화석 에너지를 대체할 수 있는 친환경적 에너지에 대한 관심이 높이지고 있다. 그 중에서도 에너지원이 무한하고 공해가 없는 대체 에너지인 태양광 에너지를 이용한 태양전지가 많은 관심을 받고 있다.
일반적으로 태양전지는 반도체가 빛을 흡수하여 전자와 정공이 발생되는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다. 초기 태양전지의 반도체로 실리콘이나 갈륨아세나이드(GaAs)와 같은 무기물 반도체의 n-p 다이오드가 주로 사용되었으나, 그 제조 비용이 높아 태양전지의 실질적 활용에 걸림돌이 되어왔다.
이러한 문제점을 해결하고자 값이 저렴한 티타니아를 태양전지의 주요한 구성성분으로 사용한 염료(혹은 양자점 나노입자) 감응형 태양전지에 많은 관심이 집중되고 있다. 통상의 염료감응형 태양전지는 투명기판, 투명전극층, 티타니아층, 광감응 염료층(혹은 양자점 나노입자층), 전해질층, 전극층 및 기판이 적층된 구조를 갖는다. 이때, 티타니아층은 염료가 용이하게 착색되도록 다공질 구조를 갖게 되며, 전자, 정공 분리반응에 의해 생성된 전자의 이동 통로가 된다.
따라서, 고효율의 염료(혹은 양자점 나노입자) 감응형 태양전지를 제조하기 위해서는 염료층이 착생되는 티타니아가 고 비표면적을 가져야 하며, 티타니아 자체의 전자 전달 특성이 우수해야 하며, 더 나아가 투명전극층, 티타니아층 및 광감응 염료층으로 구성된 광음극의 전자 전달 특성이 우수해야 하며, 높은 광전 변환 효율을 가져야 한다.
현재 염료(혹은 양자점 나노입자) 감응형 태양전지의 고효율화를 위해 가장 시급히 해결되어야할 문제는 광 흡수양의 증가와 광 흡수로 생성된 전자 및 정공을 재 결합 없이 빠르게 음극과 양극으로 전달시키는 기술이다. 따라서 양자점의 광 흡수율을 증가시키고, 전자 및 정공을 재결합 없이 전달하는 기술에 대한 연구가 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 양자점의 광 흡수율이 증가되고, 전자 및 정공을 재결합 없이 높은 효율로 전달할 수 있는 광음극 제조기술 및 이를 포함하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지를 제공하고자 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 광음극(photoanode) 및 광음극에 대향하는 대향전극과 이들 사이에 개재된 전해질(electrolyte)을 포함하며, 상기 광음극은 투명 전도성 기판, 상기 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2)층, 상기 다공성 이산화티탄층에 접하여 구비된 광감응 양자점 층 및 상기 광감응 양자점 층 상부에 형성된 ZnS 덮개층을 포함하고, 상기 광음극은 ZnS 덮개층 형성 후 열처리되는 것을 특징으로 하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지를 제공한다.
또한 본 발명은 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2)층을 광감응 양자점 전구체 용액에 침지시켜, 다공성 이산화티탄층에 광감응 양자점을 형성하는 단계; 상기 광감응 양자점이 형성된 기판을 아연 전구체 및 황 전구체를 포함하는 ZnS 전구체 용액에 침지시켜 ZnS 덮개층을 형성하는 단계; 및 열처리하는 단계를 포함하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극(photoanode)의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 ZnS 덮개층 형성 후 열처리된 양자점 감응형 태양전지는 열처리 단계에서 광감응 양자점의 크기가 커져 띠간격이 줄어들게 되어 광 흡수량이 증가되며, 이에 따라 광감응 양자점과 이산화티탄간의 연결이 좋아짐으로 인해 전자의 이동특성이 증가되고, ZnS 덮개층으로 인해 전자 정공의 재결합이 감소되는 바, 단락 전류의 상승으로 인한 우수한 광전변환 효율을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 전후의 광음극 표면 모식도이다.
도 2는 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 에너지 변환 효율을 측정한 실험 결과 그래프이다.
도 3은 비교예 1, 비교예 3 및 실시예 1에서 제조된 태양전지의 에너지 변환 효율을 측정한 실험 결과 그래프이다.
본 발명은 광음극(photoanode) 및 광음극에 대향하는 대향전극과 이들 사이에 개재된 전해질(electrolyte)을 포함하며,
상기 광음극은 투명 전도성 기판, 상기 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2)층, 상기 다공성 이산화티탄층에 접하여 구비된 광감응 양자점 층 및 상기 광감응 양자점 층 상부에 형성된 ZnS 덮개층을 포함하고,
상기 광음극은 ZnS 덮개층 형성 후 열처리되는 것을 특징으로 하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지를 제공한다.
본 발명의 발명자들은 양자점의 광 흡수율이 증가되고, 전자 및 정공을 재결합 없이 높은 효율로 전달할 수 있는 태양전지용 광음극 제조기술에 대해 연구하던 중, 다공성 이산화티탄층에 광감응 양자점을 화학 증착한 후, 이에 ZnS를 추가로 화학 증착하고 열처리하면 광감응 양자점의 크기가 커져 띠간격이 줄어들게 되어 광 흡수량이 증가되며, 이에 따라 광감응 양자점과 이산화티탄간의 연결이 좋아짐으로 인해 전자의 이동특성이 증가되고, ZnS 덮개층으로 인해 전자 정공의 재결합이 감소되어 태양전지의 광전변환 효율을 증가시킬 수 있다는 점을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 투명 전도성 기판은 투명전도성막 또는 투명전도성막과 투명기판이 적층된 적층기판일 수 있으며, 상기 투명전도성막은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 산화인듐 또는 플로린틴옥사이드(FTO, Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F)를 함유할 수 있다. 또한 대향전극은 백금족 물질이 표면 코팅된 투명전도성기판이 이에 해당될 수 있으며, 보다 구체적으로, Pt가 적층된 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2:F)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 광음극의 투명 전도성 기판은 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F)이며, 상기 대향전극은 Pt가 적층된 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F)일 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 광감응 양자점은 태양광 스펙트럼 중 200 내지 1100 nm 영역의 자외선-근적외선을 흡수하고 상기 양자점은 Ⅱ-Ⅳ족, Ⅲ-Ⅳ족, Ⅴ족 양자점 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
구체적으로 상기 양자점으로는, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSy(1≤y≤2), In2S3, MoS, MoSe 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라, 상기 나열한 양자점들 중 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 2 종 이상의 양자점이 단순 혼합상태로 존재하는 양자점 혼합물, 혹은, 코어-쉘(core-shell) 구조를 가진 결정 또는 그래디언트(gradient) 구조를 가진 결정과 같이 동일 결정 내에 2 종 이상의 화합물 결정이 부분적으로 나뉘어져 존재하는 혼합결정, 또는 2 종 이상의 나노결정 화합물의 합금을 사용할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상술한 광음극에 대향하여 대향전극인 양극이 위치하게 되는데, 상기 광음극과 상기 양극은 일정한 간격으로 이격 되어 위치하여 밀폐 공간을 형성한다. 이러한 밀폐 공간에는 전해질이 충진되는데, 상기 밀폐공간에 주입되는 전해질은 상기 광음극에 전자를 제공하는 역할을 하는 통상의 전해질 액이면 사용 가능하며, 보다 구체적으로 폴리설파이드(polysulfide)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2)층을 광감응 양자점 전구체 용액에 침지시켜, 다공성 이산화티탄층에 광감응 양자점을 형성하는 단계; 상기 광감응 양자점이 형성된 기판을 아연 전구체 및 황 전구체를 포함하는 ZnS 전구체 용액에 침지시켜 ZnS 덮개층을 형성하는 단계; 및 열처리하는 단계를 포함하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극(photoanode)의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 투명 전도성 기판은 투명전도성막 또는 투명전도성막과 투명기판이 적층된 적층기판일 수 있으며, 상기 투명전도성막은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 산화인듐 또는 플로린틴옥사이드(FTO, Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F)를 함유할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 투명 전도성 기판은 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2) 층은 이산화티탄 페이스트를 도포하고 열처리하는 공정을 통해 형성될 수 있다. 다공성 이산화티탄층을 형성하기 위해, 상기 페이스트는 폴리머(Polymer) 물질을 함유할 수 있으며, 상기 폴리머 물질은 상기 열처리에 의해 제거될 수 있는 물질이면 사용 가능하다. 또한, 상기 페이스트에 함유된 폴리머 물질은 기공형성의 목적 이외에도, 분산성, 점도, 기판과의 접착력을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 투명 전도성 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄 층을 광감응 양자점 전구체 용액에 침지시켜, 다공성 이산화티탄층에 광감응 양자점을 형성한다.
보다 구체적으로, 상기 다공성 이산화티탄 층을 구비한 기판은 광감응 양자점 전구체 용액에 침지 및 분리 회수되며, 상기 침지 및 분리 회수 과정은 반복될 수 있으며, 각 침지 시간은 1 내지 10분 또는 3 내지 7분, 반복 회수는 3 내지 15회일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 다공성 이산화티탄층 표면에 접하여 형성되는 광감응 양자점의 수는 상기 침지 과정의 반복 수행에 의해 용이하게 제어될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 광감응 양자점은 태양광 스펙트럼 중 200 내지 1100 nm 영역의 자외선-근적외선을 흡수하고 상기 양자점은 Ⅱ-Ⅳ족, Ⅲ-Ⅳ족, Ⅴ족 양자점 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
구체적으로 상기 양자점으로는, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSy(1≤y≤2), In2S3, MoS, MoSe 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라, 상기 나열한 양자점들 중 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 2 종 이상의 양자점이 단순 혼합상태로 존재하는 양자점 혼합물, 혹은, 코어-쉘(core-shell) 구조를 가진 결정 또는 그래디언트(gradient) 구조를 가진 결정과 같이 동일 결정 내에 2 종 이상의 화합물 결정이 부분적으로 나뉘어져 존재하는 혼합결정, 또는 2 종 이상의 나노결정 화합물의 합금을 사용할 수도 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광감응 양자점은 CdS이며, 상기 광감응 양자점 전구체로는 카드뮴 전구체로 Cd(NO3)2, CdSO4, CdCl2 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있고, 황 전구체로는 Na2S, 싸이오우레아(thiourea) 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 상기 침지 과정은 카드뮴 전구체 및 황 전구체를 모두 포함하는 전구체 용액에서 이루어질 수 있으며, 또한 카드뮴 전구체 용액으로의 침지 및 분리 회수 및 황 전구체 용액으로의 침지 및 분리 회수 과정이 독립하여 수행할 수도 있다.
이후 상기 광감응 양자점이 형성된 기판을 아연 전구체 및 황 전구체를 포함하는 ZnS 전구체 용액에 침지시켜 ZnS 덮개층을 형성한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 아연 전구체로는 Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있으며, 황 전구체는 Na2S, 싸이오우레아(thiourea) 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 상기 침지 과정은 아연 전구체 및 황 전구체를 모두 포함하는 전구체 용액에서 이루어질 수 있으며, 또한 아연 전구체 용액으로의 침지 및 분리 회수 및 황 전구체 용액으로의 침지 및 분리 회수 과정이 독립하여 수행할 수도 있다.
이후 상기 기판을 열처리하는 단계가 수행된다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 열처리는 200 내지 500 ℃ 또는 300 내지 400℃에서 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 열처리는 비활성 기체 조건 하에서 승온시키며 이루어질 수 있고, 상기 승온속도는 분당 1 내지 3℃ 로 유지하며 최종온도에서 10 내지 60분 또는 20 내지 40분 간 유지시킬 수 있다.
열처리 전후의 광음극 표면 모식도를 도 1에 나타내었다.
상기 열처리에 의해 양자점의 크기가 커져 띠간격이 줄어들게 되어 광 흡수량이 증가하며, 이산화티탄과 양자점의 결합이 밀접해져 전자 전도도가 증가된다. ZnS 덮개층이 양자점 상에 균일하게 형성됨으로써, 전해질과 양자점들의 직접적인 접촉에 의한 전자와 정공의 재겹합(recombination)이 감소되어 단락 전류가 상승된다.
상기 방법으로 제조된 광음극(photoanode)은 양자점 감응형 태양전지에 유용하게 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광음극과 마주하도록 대향전극을 위치시킨 후 전해질을 주입하여 밀봉하는 단계를 통해 양자점 감응형 태양전지를 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 광음극과 상기 대향전극사이에 스페이서를 위치시켜 상기 밀폐공간을 제조한 후 상기 밀폐공간에 양극의 구멍을 통해 압력차를 이용하여 전해질 액을 주입하고 다시 밀봉(sealing)하여 태양전지 셀을 제조할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
< 실시예 1> ZnS 층 형성 후 열처리된 광음극 및 이를 이용한 태양전지의 제조
TiO2(P-25, Degussa) 9g, 유기바인더로 Ethyl cellulose(#46070) 1.5g, Ethyl cellulose(#46080) 1.5g과 용매로 Terpineol 20g, ethyl alcohol 20g을 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 스크린 프린팅하여 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F)기판에 7.5㎛ 두께의 막을 형성시킨 후, 공기중 500℃에서 30분간 열처리하여 다공성 이산화티탄층을 제조하였다.
0.5M의 Cd(NO3)2 용액과 0.5M의 Na2S 용액을 각각 만들어 이산화티탄층이 형성된 FTO 기판을 각 용액에 5분씩 침지시켰다. 상기의 방법을 하나의 순환이라 하고 8번의 순환을 거쳤다. 이를 통해 다공성 이산화티탄층에 CdS 광감응 양자점을 형성하였다.
상기의 순환을 거친 후 0.5M Zn(NO3)2에서의 Zn2 + 전구체와 0.5M Na2S에서의 S2 - 전구체를 이용하여 ZnS 덮개층을 형성하였다. 덮개층까지 형성된 상기 광음극 기판을 관형태의 전기로에서 Ar기체를 흘려주며 분당 2℃의 승온속도로 승온시켰고, 최종 350℃에서 30분간 열처리하여 본 발명의 태양전지용 광음극(photoanode)을 제조하였다.
표면이 Pt처리된 FTO 대향전극(양극)과 스페이서(surlyn 1702, Dupont)를 이용하여 합착한 후, FTO 양극의 홀(hole)을 통해 Vaccum back filling방법으로 전해질을 주입한 후, 밀봉하여 태양전지를 제조하였다.
상기 전해질로는 폴리설파이드(polysulfide) 용액으로 용매는 메탄올 : 물 7:3 (부피비) , 용질은 0.5M Na2S , 2M S , 0.2M KCl을 사용하였다.
< 비교예 1>
실시예 1에서 다공형 이산화티탄층에 CdS 광감응 양자점의 형성 후, ZnS 덮개층 형성 및 열처리를 수행하지 않고, 표면이 Pt처리된 FTO 대향전극(양극)과 스페이서(surlyn 1702, Dupont)를 이용하여 합착한 후, FTO 양극의 홀(hole)을 통해 Vaccum back filling방법으로 실시예 1과 동일한 전해질을 주입한 후, 밀봉하여 태양전지를 제조하였다.
< 비교예 2>
실시예 1에서 다공형 이산화티탄층에 CdS 광감응 양자점의 형성 후, 바로 열처리 수행 후 표면이 Pt처리된 FTO 대향전극(양극)과 스페이서(surlyn 1702, Dupont)를 이용하여 합착한 후, FTO 양극의 홀(hole)을 통해 Vaccum back filling방법으로 실시예 1과 동일한 전해질을 주입한 후, 밀봉하여 태양전지를 제조하였다.
< 비교예 3>
실시예 1에서 다공형 이산화티탄층에 CdS 광감응 양자점 및 ZnS 덮개층 형성 후, 열처리를 수행하지 않고, 표면이 Pt처리된 FTO 대향전극(양극)과 스페이서(surlyn 1702, Dupont)를 이용하여 합착한 후, FTO 양극의 홀(hole)을 통해 Vaccum back filling방법으로 실시예 1과 동일한 전해질을 주입한 후, 밀봉하여 태양전지를 제조하였다.
도 2는 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 에너지 변환 효율을 측정한 실험 결과 그래프이다. 도 2를 참조하면, 비교예 1의 광전변환 효율은 전반적으로 낮게 나타났고, 열처리에 의해(비교예 2)에 의해 단락전류는 상승하였으나, 개방전압의 감소로 인해 광전변환 효율이 감소함을 알 수 있었다.
도 3은 비교예 1, 비교예 3 및 실시예 1에서 제조된 태양전지의 에너지 변환 효율을 측정한 실험 결과 그래프이다. 도 3을 참조하면, 비교예 3의 경우에도 광전변환 효율은 낮게 나타나나, 덮개층 형성 후 열처리한 실시예 1의 경우 광전류밀도 및 전압이 모두 상승함을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

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  2. 삭제
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  4. FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, SnO2: F) 기판 상부에 형성된 다공성 이산화티탄(TiO2)층을 CdS 광감응 양자점 전구체 용액에 침지시켜, 다공성 이산화티탄층에 CdS 광감응 양자점을 형성하는 단계;
    상기 CdS 광감응 양자점이 형성된 기판을 아연 전구체 및 황 전구체를 포함하는 ZnS 전구체 용액에 침지시켜 ZnS 덮개층을 형성하는 단계; 및
    300 내지 400 ℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극(photoanode)의 제조방법.
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  7. 제4항에 있어서,
    상기 CdS 광감응 양자점 전구체는 카드뮴 전구체로 Cd(NO3)2, CdSO4, CdCl2 또는 이들의 혼합, 황 전구체로 Na2S, 싸이오우레아(thiourea) 또는 이들의 혼합인 것인 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극(photoanode)의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 아연 전구체는 Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2 또는 이들의 혼합, 황 전구체는 Na2S, 싸이오우레아(thiourea) 또는 이들의 혼합인 것인 양자점 감응형(Quantum Dot-Sensitized) 태양전지용 광음극(photoanode)의 제조방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060066623A (ko) * 2004-12-13 2006-06-16 재단법인서울대학교산학협력재단 반도체 양자점의 대량 합성 방법
KR20080105908A (ko) * 2007-06-01 2008-12-04 한국기계연구원 양자점을 이용한 고효율 태양전지 및 이의 제조방법
KR20090124094A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 한국화학연구원 양자점 감응형 태양전지의 제조방법
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060066623A (ko) * 2004-12-13 2006-06-16 재단법인서울대학교산학협력재단 반도체 양자점의 대량 합성 방법
KR20080105908A (ko) * 2007-06-01 2008-12-04 한국기계연구원 양자점을 이용한 고효율 태양전지 및 이의 제조방법
KR20090124094A (ko) * 2008-05-29 2009-12-03 한국화학연구원 양자점 감응형 태양전지의 제조방법
KR20100082556A (ko) * 2009-01-09 2010-07-19 서울대학교산학협력단 양자점 다층 박막을 포함한 전기발광소자

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