KR101639007B1 - 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 반도체전극 및 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지 - Google Patents
염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 반도체전극 및 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 투명 전도성 기판과 상기 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속산화물층에 염료를 흡착시켜 형성된 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법에 있어서, i) 제1염료용액을 상기 금속산화물층의 상부에 도포하여 그 일부에 제1염료를 흡착시키는 단계; 및 ii) 상기 제1염료용액과 상이한 광흡수대역을 갖는 제2염료용액에 침지하여 제2염료를 상기 금속산화물층의 나머지 부분에 흡착시키는 단계를 포함하되, 상기 제1염료용액은 상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매의 혼합용매에 제1염료가 용해된 용액인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 반도체 전극 및 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 염료감응 태양전지의 금속 산화물층에 점성이 다른 두 가지 포화 용액을 혼합하여 고온에서 염료와 함께 금속 산화물층에 흡착시키는 방법으로, 온도 및 시간 조절만으로 금속 산화물층의 일부분만 흡착이 가능하게 되는 방법이며, 나머지 부분은 다른 파장대를 가진 염료나 특징을 가진 양자점 물질을 담가두는 방법으로 흡착시켜 파장대를 확장시켜 고효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 반도체 전극 및 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속으로 염료를 흡착하는 방법을 이용하여, 금속 산화물층에 선택적으로 염료 및 양자점 물질 등 서로 다른 물질을 흡착시켜 넓은 파장대의 빛을 흡수하여 고효율을 낼 수 있는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 반도체 전극 및 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자인 태양 전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경 친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다.
초기에는 단결정 또는 무기물계인 다결정의 실리콘 태양 전지가 많이 사용되었다. 그러나 실리콘 태양 전지는 제조 시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이기 때문에, 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.
이러한 실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기 재료를 사용한 태양 전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 저렴한 염료 감응형 태양 전지(dye-sensitized solar cell)가 많은 주목을 받고 있다.
그리고, 염료 감응형 태양 전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 발표된 태양 전지가 대표적인데, 염료입자가 흡착된 금속산화물 나노 입자로 이루어진 반도체 전극(음극), 대향 전극(예를 들면, 백금 양극), 음극에 코팅된 염료, 두 전극 사이의 공간에 채워진 유기 용매를 이용한 산화 환원용 전해질을 포함하여 구성되는 광전기 화학적 태양 전지이다. 일반적으로 염료감응 태양전지에서는 염료 입자가 흡착될 수 있는 부착 부위(anchoring site)가 많은 나노 결정 재료들이 사용하고, 이러한 염료 감응 태양 전지는 나노 입자 산화물 반도체 전극에 흡착된 염료가 태양광의 가시광선과 자외선 영역(예를 들면, 400 - 900nm) 파장의 빛을 흡수하여 전자를 발생한다. 현재 전도성 기판으로는 불소가 도핑된 SnO2 코팅 유리를 사용하는데, 이는 높은 온도에서의 열처리가 필수적인 염료감응 태양전지에서 전도성을 유지하기 위해서이다.
한편, 염료감응 태양전지에서 사용되는 염료는 특정 파장대에서 빛을 흡수하여 전자를 발생한다. 상술한 바와 같이 염료감응 태양전지의 반도체 전극으로 사용되는 금속 산화물에 단일 염료를 흡착시켜 특정 파장대에서 전자를 얻어 효율 상승에 있어 한계가 있기 때문에, 이러한 한계점을 극복하기 위해서 서로 다른 파장대를 가진 물질을 흡착시켜 흡수 파장대를 확장시키는 기술 개발이 필요한 실정이다. 종래 복합적인 염료를 흡착하는 방법은 둘 이상의 염료를 단순 혼합하여 사용하거나, 서로 다른 파장 영역의 빛을 흡수하는 염료를 포함하는 둘 이상의 개별전지를 적층하여 효율상승을 꾀하고자 하였다. 도 1은 종래 서로 다른 파장 영역의 빛을 흡수하는 염료를 포함하는 둘 이상의 개별전지를 적층한 형태의 태양전지의 구조를 도시한 단면구조도이다. 그러나 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 방법은 광흡수층 사이에 두 장의 전도성 기판이 놓여 염료감응 전지의 장점인 투명성을 저해할 뿐 아니라, 후방광흡수층까지 도달하는 빛의 양을 감소시키는 문제가 발생한다. 또한, 이러한 구조는 별개의 전지를 단순 적층했다는 점에서 단일 전지에 의한 효율이라고 보기 힘들다. 따라서, 각각 광흡수영역이 상이한 2종 이상의 염료를 나노 구조의 금속산화물에 효율적으로 흡착시키는 방법의 개발이 요구되었다.
대한민국 특허 제978401호에는 블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 금속산화물 나노입자층을 형성한 후 상기 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계; 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 내에 고분자 물질을 형성시키는 단계; 상기 고분자 물질이 형성된 기판을 염기성 탈착액을 이용하여 상기 1차 염료가 흡착되고 고분자 물질이 형성된 금속산화물 나노입자층의 상부에서 1차 염료를 탈착시키는 단계; 상기 탈착 부위에 2차 염료를 재흡착시키는 단계; 및 상기 2차 염료를 재흡착 후 고분자 물질을 제거하여 염료층을 가지는 광전극을 제조하는 단계; 투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및 상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 특허 제1139923호에는 블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 금속산화물 나노입자층을 형성하고, 상기 금속산화물 나노입자층위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계; 상기 투명 전도성 기판에 형성된 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계; 20cp 내지 1500cp의 점도를 가지는 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 1차 염료만을 탈착시키는 단계; 상기 1차 염료만 탈착된 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 금속산화물 나노입자층과 그 위에 형성된 광산란층을 갖는 광전극을 제조하는 단계; 투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및 상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계를 포함하며, 상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 20℃ 내지는 80℃에서 0.02 내지 0.2 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 20시간까지 침지하는 단계를 포함하며, 상기 점성이 있는 염기성 탈착액은 물 또는 에탄올의 수용성 용매에 녹인 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 수용액과 점성 고분자의 혼합 용액을 사용하는 염료감응 태양전지의 제조방법이 개시되어 있다. 전기한 대한민국 특허 제978401호에 개시된 염료감응 태양전지의 제조방법을 도식화한 순서도가 도 2에 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌에 개시된 방법은 1차로 염료를 금속산화물에 흡착시킨 후 부분적인 탈착을 거치고 다시 1차 염료가 탈착된 부분에 2차 염료를 흡착시킨다는 점에서 종래 제조방법과 비교시 제조공정이 복잡다단할 뿐 아니라 제조시간이 3배 이상 소요되어 생산성이 저하될 뿐더러 염료의 탈착 및 2차 흡착이 고르게 이루어지지 않아 결국 2가지 염료를 동시 흡착하는 종래의 방법 대비 광효율이 그리 높지 않은 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 산화물에 서로 다른 광흡수대역을 갖는 복수의 염료를 선택적으로 흡착시키면서도 광효율을 높일 수 있고 종래의 제조방법에 비해 제조시간을 획기적으로 단축할 수 있는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 방법에 의해 제조된 반도체 전극 및 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 전도성 기판과 상기 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속산화물층에 염료를 흡착시켜 형성된 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법에 있어서, i) 제1염료용액을 상기 금속산화물층의 상부에 도포하여 그 일부에 제1염료를 흡착시키는 단계; 및 ii) 상기 제1염료용액과 상이한 광흡수대역을 갖는 제2염료용액에 침지하여 제2염료를 상기 금속산화물층의 나머지 부분에 흡착시키는 단계를 포함하되, 상기 제1염료용액은 상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매의 혼합용매에 제1염료가 용해된 용액인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1용매가 propanol, butanol, sec-butanol, pentanol, hexanol, ethylene glycol(1,2-ethanediol), 1,2-propanediol, 1,3-propanediol 등으로 단일 알코올과 이중 알코올 용매들로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제2용매가 glycerol, butane-1,2,3,4-tetraol, pentane-1,2,3,4,5-pentol, hexane-1,2,3,4,5,6-hexol, heptane-1,2,3,4,5,6,7-heptol 등으로 알코올기가 3개 이상으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1염료용액은 제1염료를 포화상태로 용해한 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1염료의 농도가 5 내지 40mM 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1용매의 점도가 1 내지 15 범위이고, 제2용매의 점도는 730 내지 1410 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1용매의 끓는점이 90 내지 200 ℃ 범위이고, 제2용매의 끓는점은 200내지 300 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1염료의 흡착은 80 내지 100 ℃ 범위에서 1 내지 5분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1염료와 제2염료 각각의 최대흡광도를 보이는 파장 차이가 250 내지 600 nm 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1용매와 제2용매가 부피비로 1:0.1 내지 1:10의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 방법에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 반도체 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 반도체 전극을 포함한 염료감응 태양전지를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 염료감응 태양전지의 금속 산화물층에 점성이 다른 두 가지 포화 용액을 혼합하여 고온에서 염료와 함께 금속 산화물층에 흡착시키는 방법으로, 온도 및 시간 조절만으로 금속 산화물층의 일부분만 흡착이 가능하게 되는 방법이며, 나머지 부분은 다른 파장대를 가진 염료나 특징을 가진 양자점 물질을 담가두는 방법으로 흡착시켜 파장대를 확장시켜 고효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 서로 다른 파장 영역의 빛을 흡수하는 염료를 포함하는 둘 이상의 개별전지를 적층한 형태의 태양전지의 구조를 도시한 단면구조도
도 2는 대한민국 특허 제978401호에 개시된 염료감응 태양전지의 제조방법을 도식화한 순서도
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 염료 감응 태양전지를 예시한 단면 구조도
도 4 는 본 발명의 실시예에 따라 2가지 상이한 염료가 흡착된 금속산화물층을 포함한 반도체 전극의 제조과정을 나타낸 공정 순서도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 두 가지 알코올 용액을 혼합한 포화 염료 용액을 이용하여 고속 염료 흡착으로 일부분만 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 염료 감응 태양 전지와 나머지 부분을 다른 용액으로 흡착하여 만든 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 도시한 플로우차트
도 6은 본 발명의 일실시예에서 1 내지 3분간의 흡착시간에 따른 염료의 금속산화물에 흡착된 정도를 보여주는 사진
도 7은 본 발명의 실시예에서 염료의 흡착시간에 따른 염료의 금속산화물층으로의 침투깊이를 측정한 EPMA 그래프
도 2는 대한민국 특허 제978401호에 개시된 염료감응 태양전지의 제조방법을 도식화한 순서도
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 염료 감응 태양전지를 예시한 단면 구조도
도 4 는 본 발명의 실시예에 따라 2가지 상이한 염료가 흡착된 금속산화물층을 포함한 반도체 전극의 제조과정을 나타낸 공정 순서도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 두 가지 알코올 용액을 혼합한 포화 염료 용액을 이용하여 고속 염료 흡착으로 일부분만 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 염료 감응 태양 전지와 나머지 부분을 다른 용액으로 흡착하여 만든 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 도시한 플로우차트
도 6은 본 발명의 일실시예에서 1 내지 3분간의 흡착시간에 따른 염료의 금속산화물에 흡착된 정도를 보여주는 사진
도 7은 본 발명의 실시예에서 염료의 흡착시간에 따른 염료의 금속산화물층으로의 침투깊이를 측정한 EPMA 그래프
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 '염료'의 용어는 염료감응 태양전지에서 태양광 에너지를 흡수하여 여기되었다가 다시 바닥상태로 가는 과정에서 전자를 방출하여 금속 산화물층에 전자를 전달하는 물질, 즉 종래 염료 또는 양자점 물질 등을 모두 포함한 개념이며, '반도체 전극'은 태양전지에서 전자가 발생하는 전극을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 표시된 점도는 특별한 언급이 없는 한 모두 상온 및 대기압하에서 측정한 것임을 밝혀둔다.
본 발명의 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법은 투명 전도성 기판과 상기 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속산화물층에 염료를 흡착시켜 형성된 염료감응 태양전지의 반도체 전극을 제조하며, i) 제1염료용액을 상기 금속산화물층의 상부에 도포하여 그 일부에 제1염료를 흡착시키는 단계; 및 ii) 상기 제1염료용액과 상이한 광흡수대역을 갖는 제2염료용액에 침지하여 제2염료를 상기 금속산화물층의 나머지 부분에 흡착시키는 단계를 포함하되, 상기 제1염료용액은 상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매의 혼합용매에 제1염료가 용해된 용액인 것을 특징으로 한다.
전기한 바와 같이, 종래 광효율을 높이기 위해 상호 보완적인 흡광특성을 갖는 2종 이상의 염료를 금속산화물에 흡착시키는 방법으로 제시된 대한민국 특허 제978401호 등에 개시된 방법은 제조시간이 너무 길어 생산성이 저하되고 그 광효율 향상 효과 또한 제한될 수 밖에 없었다. 본 발명자들은 이러한 문제점에 대한 해결방법으로 고온에서 염료흡착을 수행하게 되면 금속산화물 조직에의 흡착이 빠르게 진행될 뿐더러 염료의 흡착반응 진행시 적절한 시간 조절을 통해 염료의 금속산화물 조직으로의 확산 내지 투과 정도를 조절할 수 있음을 알아내어 제1염료의 경우 고속염색을 통해 금속산화물 조직의 일부, 즉 제1염료용액과 접촉한 부분부터 내측 일부까지만 염료가 흡착될 수 있도록 하여 제1염료가 흡착되지 않은 나머지 금속산화물 조직에는 제2염료를 흡착시킬 수 있도록 하여 금속산화물 조직에 2가지의 상이한 광흡광특성을 가지는 염료가 흡착될 수 있도록 하여 전지의 광효율을 높일 수 있도록 하였다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 염료 감응 태양전지를 예시한 단면 구조도이고, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따라 2가지 상이한 염료가 흡착된 금속산화물층을 포함한 반도체 전극의 제조과정을 나타낸 공정 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전도성 기판에 페이스트를 도포하고, 페이스트 도포된 전도성 기판을 고온 소성시켜 금속 산화물층을 형성하며, 상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매의 혼합용매에 제1염료를 용해시켜 제1염료용액을 제조 후에, 고온 상태로 달궈진 금속 산화물층에 상기 제1염료용액을 덮힐 정도로 도포하여 코팅하며 시간 조절을 하여 금속산화물층의 일부분만 염료(제1염료)가 흡착하게 한 후, 세척하고 제2염료 용액에 침지하는 방법으로 제1염료가 흡착되지 않은 나머지 금속산화물층 부분에 제2염료를 마저 흡착시키고, 반대 전극 및 밀봉을 한 후에, 전해질을 투입하여 염료 감응 태양전지를 제조한다는 것이며, 이러한 기술적 수단을 통해 종래 기술에서의 문제점을 해결 할 수 있다.
상기 투명 전도성 기판은 예를 들면, ITO (indium-tin oxide, 이하 'ITO'라 함), FTO(fluorine-tin oxide, 이하 'FTO'라 함), ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 투명 전도성 기판은 예를 들면, 스퍼터링(sputtering), 일렉트로우리스 증착(electroless deposition), 진공 증착, CVD(chemical vapor deposition, 이하 'CVD'라 함), 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있으며, 본 발명에 있어서 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 전도성 기판상에 형성되는 금속산화물층은 투명 전도성 기판 위에 금속산화물의 나노입자를 터피네올과 같은 용매에 분산시킨 페이스트를 도포한 후, 고온 소성시키는 등의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 금속산화물은 종래 염료감응 태양전지의 반도체 전극에 사용되는 금속산화물, 예를 들면, 10 내지 30 nm 범위의 TiO2 등을 이용할 수 있으며, 금속산화물층의 높이는 12um 내지 15um의 범위에서 만들어질 수 있으며, 본 발명에 있어 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제1염료를 용해하는 용매는 상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매로 구성된다. 점성이 낮은 제1용매의 경우 제1염료 분자를 금속 산화물층 안으로 이동시키는 역할을 하고, 점성이 높은 제2용매의 경우에는 금속산화물층 밖의 산소와 수분을 막아주는 역할을 한다. 상기 제1용매는 분자구조 내에 1개 또는 2개의 알코올기를 가진 것이 바람직하고, 그 예로는 propanol, butanol), sec-butanol, pentanol, hexanol, ethylene glycol(1,2-ethanediol), 1,2-propanediol 및 1,3-propanediol로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 제2용매는 알코올기가 3개 이상 존재하는 분자구조를 가진 알코올이 바람직하며, 그 예로는 glycerol, butane-1,2,3,4-tetraol, pentane-1,2,3,4,5-pentol, hexane-1,2,3,4,5,6-hexol 및 heptane-1,2,3,4,5,6,7-heptol로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 제2용매와 제1용매의 예로 각각 글리세롤(glycerol) 및 에틸렌글라이콜(ethylene glycol)을 사용하였고, 이를 1 대 1 비율로 혼합하여 사용하였다. 또한, 상기 제1용매와 제2용매는 점도 뿐 아니라 비점(끓는점) 역시 상이하며, 본 발명의 실시예에서는 끓는점이 60 ~ 150 ℃인 점성을 갖는 알코올 용액을 사용하였다.
상기 제1용매와 제2용매는 적절한 비율로 혼합되어 사용되며, 바람직한 혼합비율은 1:0.1 내지 1:10(vol./vol.) 범위가 바람직하다. 이러한 용매에 제1염료를 용해하여 제1염료용액을 제조한다. 제1염료는 포화상태로 용해하는 것이 바람직하며, 일반적인 경우 상기 제1염료의 농도는 5 내지 40mM 범위인 것이 바람직하다.
상기 제1염료용액을 상기 금속산화물층에 도포하고 가열을 하며 제1염료를 상기 금속산화물층의 일부에 흡착시키게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 금속산화물층에 대한 가열을 수행하며 제1염료용액을 금속산화물층상에 도포를 하게되면, 제1염료는 용매와 함께 금속산화물층 내부로 확산, 이동하며 금속산화물에 흡착을 하게 된다. 이 때, 온도 및 시간을 조절하게 되면 제1염료가 금속산화물층으로 이동하는 정도와 흡착량을 조절할 수 있다. 가열온도와 시간 등은 염료와 용매의 종류, 금속산화물층의 두께와 조직의 치밀도 등을 고려하여 정하게 되는데, 일반적인 경우 제1염료의 흡착은 80 내지 100 ℃ 범위에서 1 내지 5분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 가열온도 및 시간 수준에서 일반적인 금속산화물 조직의 10 내지 90% 범위에서 염료의 흡착이 이루어진다. 본 발명의 실시예에서는 핫플레이트 위에 90℃ 내지 100℃로 일정한 온도 범위로 만들어 주고, 전극 위에 제1염료용액을 도포한 후 3 내지 5 분의 시간 범위에서 조절하여 염료를 금속 산화물층 위에 일부분만 흡착시켰다.
상기 제1염료의 흡착 과정을 수행한 후, 제1염료용액을 세정하여 제거하고 제1염료가 일부 흡착된 반도체 전극을 상기 제1염료와 상이한 광흡수대역을 갖는 제2염료를 상기 금속산화물층에 흡착시키는 단계를 수행한다. 제2염료의 흡착은 일반적인 종래의 염료흡착 반응과 동일하게 진행할 수 있다. 즉, 제1염료와 상이한 광흡수영역을 갖는 다른 염료 또는 양자점 용액에 담궈 6시간 이상 두어 진행할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 과정을 도 4에 도시를 하였다.
도 5는 본 발명에 따라 점성이 다른 두 가지 용매의 혼합 포화 염료 용액을 이용하여 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조하는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 염료감응 태양전지 제조방법은 ⅰ)상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매의 혼합용매에 제1염료를 용해시켜 제1염료용액을 제조하는 단계,; ⅱ)상기 제1염료용액을 상기 금속산화물층에 도포하고 가열을 하며 제1염료를 상기 금속산화물층의 일부에 흡착시키는 단계,; ⅲ)상기 제1염료용액을 세정하는 단계; ⅳ)상기 반도체 전극을 상기 제1염료와 상이한 광흡수대역을 갖는 제2염료를 용해한 용액에 침지하여 제2염료를 상기 금속산화물층에 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계,; ⅴ)전지 내부에 상기 반도체 전극과 상기 반도체 전극에에 대응되며, 투명 전도성막 및 백금층을 포함하는 반대 전극을 상기 반도체 전극에 이격되게 형성하는 단계,; ⅵ)상기 반도체 전극 및 반대 전극 사이 공간에 산화 환원 전해질을 충진하는 단계 및; ⅶ)전지를 밀봉하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
통상, 산화물 반도체 전극(음극)에 대향하는 반대 전극은 특별히 제한되는 것은 아니며, 기존에 반대 전극의 소재로 사용되는 전도성막과, 백금층 등을 포함할 수 있는데, 투명 전도성막은 공지의 전도성 플라스틱 기판, 금속 기판 등을 이용하여 제조 할 수 있다. 이러한 산화물 반도체 전극과 반대 전극은 전지를 구성하는 셀 내부에 상호 이격되게 설치되고, 셀은 밀봉을 통해 접합되는데, 예를 들어 설린(surlyn), 고분자 자체 등을 이용하여 제조되고, 산화물 반도체 전극과 반대 전극이 일정 거리를 두고 접합하게 된다.
또한, 밀봉 상태가 되면 산화물 반도체 전극과 반대 전극 사이에는 산화 환원 전해질로 충진 되는데, 산화 환원 전해질의 예로써, 요오드계 산화 환원 액체 전해질로 1-비닐-3-메칠옥틸-이미다졸리움 이오다이드(1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide)와 0.1M LiI, 40mM의 I*2(Iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3-/I-의 전해질 용액이며, 소량의 피리딘(pyridine)과 구아디움 티오시안네이트(guanidium thiocyanate)가 첨가될 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기위한 예일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1(염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조)
우선, 반도체 전극을 준비하는 과정부터 설명을 하자면, FTO 기판 (TEC 8, 2.3 mm, Pilkington)을 크기에 맞게 자른 후 증류수, 아세톤, 에탄올, IPA 순서로 10분씩 초음파 세척기를 이용하여 세척하여 준 후 90℃ 오븐에서 30분간 건조하였다. 건조된 FTO 기판을 10 분간 O2 plasma처리를 하여 표면을 친수성으로 만들어 주고, 70℃에서 40 mM TiCl4용액에 30분간 침지하였다. 이후 증류수와 에탄올을 이용하여 세척하고 hot plate위에서 150℃로 20분간 가열하여 주었다. 다공의 TiO2층을 제작하기 위해 준비된 TiO2 paste를 닥터 블레이드 (doctor-blade) 방법으로 코팅하고, 500℃, 30분간 소성하여 14 nm 두께의 TiO2층을 제조하였다. 준비된 일 전극에 염료를 흡착시키는 단계에서 소개한 바와 같은 조건하에 고속 염료 흡착을 한다. 일 전극과 이중용매를 섞어 만든 용액을 핫플레이트 위에 올려두고 온도를 90℃로 맞춘 후에 일정한 온도가 될 때까지 기다린다. 그리고 전극위에 염료를 덮을 정도로 부어 흡착 시킨다. 흡착 시간을 조절하여 원하는 대로 흡착 범위를 정한다.
도 6 및 7은 각각 1 내지 3분간의 흡착시간에 따른 염료의 금속산화물에 흡착된 정도를 보여주는 사진 및 침투깊이를 측정한 EPMA 그래프이다. 도 6 및 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 흡착 시간이 3 ~ 5분 일 경우 전극 전체 범위까지 흡착이 이루어지고, 1 ~ 2분 일 경우 전극 전체 층의 반 정도의 범위까지만 흡착이 된다. 전극 주위의 남은 염료를 70℃ 에 가열된 에탄올에 세척을 한 후 전지 제작을 한다. 반 정도만 흡착된 전극의 경우, 다른 염료 또는 양자점 물질에 담궈 선택적 흡착을 할 수 있게 된다.
실시예 2(염료감응 태양전지 셀의 제조)
반대 전극은 드릴을 이용하여 작은 구멍이 뚫린 FTO 기판을 광전극 제조와 같은 방법으로 세척하고, 건조하여 준비하였다. IPA에 10mM hydrogen hexachloroplatinate (IV) hydrate (H2PtCl6,99.9%,Aldrich)분산시킨 용액을 spin coating 방법으로 코팅하고, 450℃에서 30분 동안 열풍로에서 열처리를 하였다. 이렇게 만들어진 반대전극과 일전극을 Surlyn (thickness: 60 mm, Dupont 1702) 을 사용하여 열과 압력을 가해 샌드위치 구조로 조립한다. 액체 전해질 (0.1 M LiI, 0.05 M I2,0.6M1,2-dimethyl-3-n-propylimidazoliumiodide and 0.5M 4-tert-butylpyridineinanhydrousacetonitrile)을 상대전극의 작은 구멍을 통해 주입하고, 커버글라스와 실링지를 열과 압력을 이용하여 구멍을 막아 염료감응 태양전지제작을 완료 하였다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
Claims (12)
- 투명 전도성 기판과 상기 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속산화물층에 염료를 흡착시켜 형성된 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법에 있어서,
i) 제1염료용액을 상기 금속산화물층의 상부에 도포하여 그 일부에 제1염료를 흡착시키는 단계; 및
ii) 상기 제1염료용액과 상이한 광흡수대역을 갖는 제2염료용액에 침지하여 제2염료를 상기 금속산화물층의 나머지 부분에 흡착시키는 단계를 포함하되,
상기 제1염료용액은 상대적으로 점도가 낮은 제1용매와 상대적으로 점도가 높은 제2용매의 혼합용매에 제1염료가 용해된 용액인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1용매는 propanol, butanol), sec-butanol, pentanol, hexanol, ethylene glycol(1,2-ethanediol), 1,2-propanediol 및 1,3-propanediol로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2용매가 glycerol, butane-1,2,3,4-tetraol, pentane-1,2,3,4,5-pentol, hexane-1,2,3,4,5,6-hexol 및 heptane-1,2,3,4,5,6,7-heptol로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1염료용액은 제1염료를 포화상태로 용해한 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 제1염료의 농도는 5 내지 40mM 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1용매의 점도는 1 내지 15 cP범위이고, 제2용매의 점도는 730 내지 1410 cP 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1용매의 끓는점은 90 내지 200 ℃범위이고, 제2용매의 끓는점은 200내지 300 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 i) 단계의 흡착은 상기 제1염료용액을 상기 금속산화물층에 도포하고 80 내지 100 ℃ 범위에서 1 내지 5분 동안 가열하여 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1염료와, 상기 제2염료용액에 용해된 제2염료 각각의 최대흡광도를 보이는 파장 차이가 250 내지 600 nm 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1용매와 제2용매는 부피비로 1:0.1 내지 1:10의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 제조방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 염료감응 태양전지의 반도체 전극.
- 제11항의 반도체 전극을 포함하는 염료감응 태양전지.
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| JP2010020940A (ja) | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 電子還元層形成用コーティング組成物及び電子還元層を形成する方法 |
| KR101042949B1 (ko) * | 2010-03-30 | 2011-06-20 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 금속 산화물층의 염료 코팅 방법, 이를 이용한 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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