KR20010111379A - 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 나노입자 루타일산화티타늄 필름 형성 방법 및 염료감응 나노입자 루타일산화티타늄 태양전지 제조 방법 - Google Patents
루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 나노입자 루타일산화티타늄 필름 형성 방법 및 염료감응 나노입자 루타일산화티타늄 태양전지 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 나노입자 루타일(rutile) 산화티타늄(TiO2)을 이용한 염료감응 태양전지 제조에 관한 것으로, 실온에서 사염화티타늄(TiCl4)을 가수분해하여 루타일 구조의 산화티타늄 분말을 얻은 다음, 산화에틸렌고분자(poly ethylene oxide) 및 에틸렌글리콜고분자(poly ethylene glycol)가 혼합된 수용액에 재 분산시키고, 불소가 도핑된 투명 전도성 유리 기판에 코팅한 다음, 공기 중에서 열처리하여 10 ㎛ 내지 12㎛ 두께의 균열이 없는 루타일 산화티타늄 후막 필름을 제조하고, 루테늄계 염료분자가 용해되어 있는 용액 중에 열처리된 필름을 함침하여 염료분자가 산화물 표면에 흡착된 루타일 산화티타늄 전극을 제조한 다음, 열가소성 고분자를 이용하여 플라티늄(Pt) 박막 전극과 접합시킨 후, 모세관 현상을 이용하여 두 전극 사이에 요오드계 산화-환원 액체전해질을 주입하여 태양전지를 제조한다. 이에 따라 균열이 없는 나노입자 루타일 산화티타늄 후막필름을 염료감응 태양전지의 전극으로 사용하는 것이 가능하여 태양전지의 제조원가를 절감시킬 수 있다.
Description
본 발명은 광전기화학적 작동원리에 의해 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 염료감응 태양전지의 제조에 관한 것으로, 특히 루타일 산화티타늄 분말을 이용한 나노입자 루타일 산화티타늄 후막 필름 형성 방법 및 그를 이용한 염료감응 나노입자 루타일 산화티타늄 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄(아나타제 구조) 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응 태양전지는 기존의 p-n형 태양전지에 비해 제조단가가 낮으면서 에너지 변환 효율이 높기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 실리콘 태양전지와 달리, 염료감응 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로하는 광전기화학적 태양전지이다.
도 1은 본 발명에 관련된 일반적인 염료감응 태양전지의 작동원리를 보여주는 설명도로서, 표면에 염료분자(도시하지 않음)가 화학적으로 흡착된 n-형 나노입자 반도체 산화물 전극(11)에 태양빛이 흡수되면 염료분자는 기저상태(D+/D)에서 여기상태(D+/D*)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며, 여기상태의 전자(e-)는 반도체 산화물의 전도띠(conduction band, Ecb)로 주입된다. 반도체 산화물 전극(11)으로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 반도체 산화물 전극(11)에 접하고 있는 투명 전도성막(12)으로 전달되고, 투명 전도성막(12)에 연결된 외부 전선(13)을 통하여 플라티늄 대전극(counter electrode, 14)으로 이동된다. 상기 대전극(14)과 반도체 산화물 전극(11) 사이에는 산화-환원 전해질(15)이 주입되고, 상기 투명 전도성막(12)과 대전극(14)에는 부하(L)가 직렬 연결되어 단락전류, 개방전압, 충실도 등을 측정함으로써 전지의 효율을 알 수 있다.
상기와 같이 광흡수에 의한 전자전이 결과로 산화된 염료분자(D →D(+))는 산화-환원 전해질(15) 내의 요오드 이온의 산화(3I(-1) →I3(-1) + 2e-)에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, I3(-1) 이온은 플라티늄 대전극(14)에 도달한 전자(e-)에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지 작동 과정이 완성된다. 광전류는 반도체 산화물 전극(11)으로 주입된 전자의 확산에 의한 결과로써 얻어지며, 광전압은 반도체 산화물의 페르미 에너지(EF)와 전해질의 산화-환원 전위의 차이에 의해 결정된다.
태양전지의 에너지 변환 효율은 광흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하기 때문에 많은 양의 전자를 생성하기 위해서는 염료분자의 흡착량을 증가시켜야 한다. 따라서, 단위면적당 흡착된 염료분자의 농도를 증가시키기 위해서는 전이금속 산화물 입자를 나노 크기로 제조할 것이 요구되며, 이러한 나노입자 제조기술은 염료감응 태양전지를 제조하는데 있어 매우 중요한 핵심기술 중의 하나이다.
염료감응 태양전지의 전극재료로서 다양한 전이금속 산화물이 연구되어 왔지만, 종래 이용되는 전이금속 산화물은 에너지 변환효율이 매우 낮았다. 이는 염료분자와 산화물 표면의 화학결합이 용이하지 못하여 많은 양의 염료분자의 흡착을 유도하지 못하였거나, 전도띠에너지 준위가 광흡수에 의해 염료분자에 생성된 전자를 주입하기 유리한 위치에 있지 못한 이유 때문이다.
따라서 염료감응 태양전지를 구성하는 전이금속 산화물은 나노입자 크기를 가져야 할 뿐만 아니라 염료분자와의 결합이 용이하면서 적절한 전도띠에너지 준위를 가질 수 있어야 한다.
기존의 염료감응 태양전지에는 사이소프라판올티타늄(Ti(iOC3H7)4)을 전구체로 하여 고압 수열반응에 의하여 얻어진 아나타제(anatase) 구조의 산화티타늄이 주로 사용되어 왔으나, 아나타제와 유사한 결정구조 및 전도띠에너지(conduction band energy)를 갖는 루타일 산화티타늄은 염료감응 태양전지에 거의 응용되지 않고 있다. 이러한 첫번째 이유는 루타일 구조의 산화티타늄의 광전기화학적 활성화도가 낮을 것이라는 예상 때문이었다. 두 번째 이유는 염료감응 태양전지 경우 에너지 변환 효율을 향상시키기 위하여는 반도체 산화물의 비표면적을 증가시켜 많은 양의염료분자를 흡착시켜야 하는데, 루타일은 750 ℃ 이상의 고온에서 안정한 상을 형성하기 때문에 고온에서 소결된 루타일은 입자 크기가 커져 낮은 비표면적을 가지게 되고, 이로 인하여 염료분자의 흡착량을 저하시켜 높은 에너지 변환 효율을 기대하기 어렵다. 전술한 이유에 의해서 루타일 산화티타늄은 염료감응 태양전지의 전극재료로 사용되지 못하고 있었다.
그러나, 전술한 예상과 달리 루타일 산화티타늄은 아나타제 산화티타늄과 동일한 정방정계(tetragonal) 결정구조를 가지면서 유사한 전도띠에너지를 가진다고 밝혀졌다. 따라서 루타일 산화티타늄은 염료감응 태양전지의 전극재료로 이용될 수 있다. 한편, 염료감응 태양전지에 루타일 산화티타늄을 전극으로 이용하기 위해서는 나노입자 루타일 산화티타늄 분말을 제조하고, 이를 400 ℃ 내지 500 ℃ 온도에서 열처리하여 10 ㎛ 내지 12㎛ 두께의 나노입자 후막필름을 형성하여야 하는데, 균열이 없는 나노입자 루타일 산화티타늄 후막 필름을 제조하기 어려워 루타일 산화티타늄을 염료감응 태양전지의 전극으로 활용하기에 아직 해결해야 할 과제가 남아있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 저온에서 소결 가능하여 소결 후 나노입자 크기를 유지하면서 균열이 없는 후막의 필름을 얻을 수 있는, 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 나노입자 루타일 산화티타늄 필름 형성 방법 및 염료감응 나노입자 루타일 산화티타늄 태양전지 제조 방법을 제공하는데 그 목적이있다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 작동원리를 설명하기 위한 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 루타일 산화티타늄 후막 필름 제조 공정 순서도,
도 3a는 사염화티타늄 가수분해에 의해 얻어진 루타일 산화티타늄 분말의 주사현미경 사진,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 루타일 산화티타늄 필름의 주사전자현미경 사진,
도 4a 내지 도4f는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 나노입자 루타일 산화티타늄 태양전지 제조 공정도,
도 5는 본 발명에 따라 형성된 염료감응 루타일 산화티타늄 태양전지의 AM 1.5 조건에서 얻은 전류-전압 곡선도.
*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*
40A: 제1 유리기판 41: SnO2투명전도층
42: 루타일 산화티타늄 필름 43: 염료분자
44: 티타늄막 45: 대전극
46: 열가소성 고분자 필름
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 루타일 산화티타늄 분말을 마련하는 제1 단계; 상기 루타일 산화티타늄 분말을 증류수에 분산시켜 콜로이드 용액을 형성하는 제2 단계; 상기 콜로이드 용액에 에틸렌글리콜고분자(poly ethylene glycol) 및 산화에틸렌고분자(poly ethylene oxide)를 첨가하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 마련된 상기 콜로이드 용액을 교반시켜 루타일 산화티타늄 슬러리를 제조하는 제4 단계를 포함하는 루타일 산화티타늄 슬러리 제조 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전술한 방법으로 제조된 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용하여 루타일 산화티타늄막을 제조하는 방법에 있어서, 기판 상에 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 코팅하는 제1 단계; 상기 제1 단계가 완료된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 건조시키는 제2 단계; 및 상기 제2 단계가 완료된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 열처리하여 루타일 산화티타늄막을 형성하는 제3 단계를 포함하는 루타일 산화티타늄 필름 형성 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전술한 방법으로 제조된 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용하여 태양전지를 제조하는 방법에 있어서, 전도성 투명 기판 상에 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 코팅하는 제1 단계; 상기 전도성 투명 기판 상에 코팅된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 건조시키는 제2 단계; 상기 제2 단계가 완료된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 열처리하여 루타일 산화티타늄막을 형성하는 제3 단계; 상기 루타일 산화티타늄막을 염료분자가 용해된 혼합용액에 함침시켜, 염료분자가 흡착된 루타일 산화티타늄 필름 전극을 형성하는 제4 단계; 그 상부에 대전극이 형성된 제2 유리기판을 마련하는 제5 단계; 상기 제2 유리기판 및 상기 대전극을 관통하는 구멍을 형성하는 제6 단계; 상기 대전극 및 상기 산화티타늄 필름전극 사이에 열가소성 고분자 필름을 두고, 가열 압착 공정을 실시하여 상기 대전극 및 상기 산화티타늄 필름전극을 접합시키는 제7 단계; 상기 구멍을 통하여 상기 대전극과 상기 산화티타늄 필름 전극 사이의 상기 열가소성 고분자 필름에 전해질을 주입하는 제8 단계; 및 상기 구멍 내에 열가소성 고분자를 매립하는 제9 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상온에서 얻어진 루타일 산화티타늄 분말을 두 가지 서로 다른 고분자 수용액에 재 분산시킨 슬러리를 이용하여 나노입자 크기를 유지하면서 균열이 없는 10 ㎛ 내지 12 ㎛ 두께의 루타일 산화티타늄 후막 필름을 형성하여 염료분자의 흡착량을 증가시킴으로써 루타일 산화티타늄 전극을 구비하는 염료감응 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시키는데 그 특징이 있다. 즉, 본 발명은 두 가지 서로 다른 고분자가 혼합된 수용액에 상온에서 제조된 나노입자 루타일 분말이 골고루 분산된 코팅용 슬러리를 제조하는 방법을 제시하고, 이를 이용하여 균열이 없는 후막의 나노입자 루타일 산화티타늄 필름을 제조하는 방법과, 이를 염료분자 흡착 지지 전극으로 응용하여 염료감응 나노입자 루타일 산화티타늄 태양전지를 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 루타일 산화티타늄 후막 필름 제조 공정을 보이는 순서도이다.
도 2에 보이는 바와 같이 먼저, 0 ℃에서 0.5 몰의 사염화티타늄(TiCl4) 수용액을 제조하고(21), 상온에서 일주일간 가수분해하여 흰색의 루타일 산화티타늄 분말을 침전시킨다(22). 수용액 내에 침전된 분말을 회전식 감압 증발기(rotary evaporator)를 이용하여 회수한 뒤, 증류수에 재분산시키고 다시 회전식 감압 증발기로 물을 증발시켜 흰색의 루타일 산화티타늄 분말을 얻는다(23). 이어서, 루타일 산화티타늄 분말을 증류수에 분산시켜 15% 중량비를 갖는 콜로이드 용액을 제조하고(24), 초음파 분쇄기(ultrasonic homogenizer)로 10분간 처리한 후 자석젖개로 2일간 교반시킨다. 그 후, 평균분자량이 약 2,000인 에틸렌글리콜고분자(poly ethylene glycol)와 평균분자량이 약 100,000인 산화에틸렌고분자(poly ethylene oxide) 각각을 루타일 산화티타늄 중량에 대하여 15 % 내지 25% 분량으로 콜로이드 용액에 첨가하고 자석젖개로 2일간 교반시켜 루타일 산화티타늄 코팅용 슬러리를 제조한다(25).
본 발명의 실시예에서 상기 에틸렌글리콜고분자는 알드리히(Aldrich)사 제품을 사용하고, 산화에틸렌고분자는 폴리사이언스(Polysciences)사 제품을 사용하였다. 한편, 에틸렌글리콜고분자를 과량 첨가할 경우 루타일 산화티타늄의 분산성은 좋아지나 필름 제조 과정에서 균열을 유발할 수 있으며, 산화에틸렌고분자를 과량 사용할 경우는 필름 제조시 균열은 억제되나 분산성이 저하된다. 따라서, 에틸렌글리콜고분자와 산화에틸렌고분자를 각각 적정량으로 첨가하여야 한다.
다음으로, 전술한 과정에 따라 준비된 루타일 산화티타늄 코팅용 슬러리를 불소(F)가 도핑된 SnO2투명 전도성 유리기판에 닥터 블레이드법 등으로 코팅한 후, 100 ℃ 온도로 유지된 전기오븐에서 10분간 건조시키고, 시간 지체 없이 전기로로 옮겨 450 ℃ 내지 500 ℃, 공기분위기 하에서 1시간 내지 2시간 열처리하여 루타일 산화티타늄 필름을 형성한다(26).
이와 같이 형성된 루타일 산화티타늄 필름의 두께를 텐코(Tencor)사에서 제조한 알파-스텝(alpha-step)으로 측정한 결과 11 ± 0.5 ㎛ 두께의 균열 없는 필름을 얻을 수 있었다.
도3a는 상온에서 사염화티타늄의 가수분해에 의하여 얻어진 루타일 산화티타늄 분말의 주사전자현미경 사진이고, 도3b는 전술한 과정에 따라 500 ℃ 온도에서 열처리하여 얻은 루타일 산화티타늄 필름의 주사현미경 사진이다. 도3a에 나타난 바와 같이 상온에서 가수분해에 의하여 얻어진 초기 침전물은 길이가 5 ㎚ 내지 10 ㎚의 침상구조를 갖는 루타일 입자가 뭉쳐져 구형처럼 보이는 클라스터(cluster) 형태이고, 반면 500 ℃에서 열처리한 후의 필름은 도3b에 보이는 바와 같이 루타일 산화티타늄 입자가 필름 전체에 균일하게 분포되어 있으며, 입자의 크기는 단축의 길이가 20 ㎚이고 장축의 길이가 80 ㎚인 긴 타원형의 모양을 가지고 있다.
이하, 전술한 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 태양전지 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도4a에 도시한 바와 같이 제1 유리기판(40A) 상에 불소(F)가 도핑된SnO2투명전도층(41)을 루타일 산화티타늄 코팅을 위한 기판으로 사용한다.
이어서, 도4b에 도시한 바와 같이 상기 SnO2투명전도층(41) 상에 전술한 과정에 따라 제조된 루타일 산화티타늄 코팅용 슬러리를 닥터 블레이드법 등으로 코팅하고, 100 ℃ 온도로 유지된 전기오븐에서 10분간 건조시키고, 시간 지체 없이 전기로로 옮겨 500 ℃, 공기분위기 하에서 1시간 열처리하여 11 ±0.5 ㎛ 두께의 루타일 산화티타늄 필름(42)을 형성한다.
이어서, 루테늄계 염료분자 예를 들어 3 10-4M의 Ru(LL'(NCS)2 (L = 2,2'-bypyridyl-4,4 -dicarboxylic acid, L = 2,2'-bipyridyl-4,4 -ditetrabutylammoniumcarboxylate) 구조식을 갖는 염료분자가 용해된 50:50 부피 비의 터셔리부틸알콜(t-BuOH)/아세토니트릴(CH3CN) 혼합 용액에, 상기 루타일 산화티타늄 필름(42)을 24시간 함침시켜, 도4c에 도시한 바와 같이 염료분자(43)가 흡착된 루타일 산화티타늄 필름 전극을 형성한다.
그리고, 도 4d에 보이는 바와 같이 제2 유리기판(40B) 표면에 기 형성된 40 ㎚ 두께의 티타늄막(44) 상에 전자빔 증착 기법에 의해 60 ㎚ 두께로 입혀진 플라티늄층을 대전극(counter electrode, 45)으로 사용한다.
다음으로 도 4e에 도시한 바와 같이, 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 제2 유리기판(40B), 티타늄막(44) 및 플라티늄 대전극(45)을 관통하는 두개의 작은 구멍(H)을 만들어 둔다.
이어서, 도 4f에 도시한 바와 같이 염료분자가 흡착된 루타일 산화티타늄 필름 전극과 플라티늄 대전극 사이(45)에 25 ㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름(surlyn, Dupont 1702)(46)을 두고 120 ℃ 온도에서 압착시킴으로써 두 전극을 접합시키고, 두 전극간의 접합 후 플라티늄 대전극에 만들어진 구멍(H)을 통하여 모세관 현상에 따라 산화-환원 전해질(도시하지 않음)이 주입되도록 하고, 현미경용 박형 유리와 두 전극을 접합 시킬 때 사용한 동일한 열가소성 고분자를 이용하여 상기 구멍을 막는다
본 발명의 실시예에서 사용한 산화-환원 전해질은 두 가지 종류로서, 0.8 M의 1,2-디메틸-3-헥실 이미다조리움 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexyl imidazolium iodide)와 40 mM의 I2를 아세토니트릴에 용해시킨 것 또는 0.8 M의 LiI 와 40 mM의 I2 를 아세토니트릴에 용해시킨 것을 사용한다.
도 5는 전술한 공정에 따라 제조된 염료감응 루타일 산화티타늄 태양전지의 AM 1.5 조건(100 mW/cm2)에서 측정한 전류-전압 곡선이다. 광원으로는 1000 W 황 램프를 사용하였으며, KG-5 필터(Schott Optical Compnay사 제조)를 갖는 실리콘 태양전지를 이용하여 AM 1.5 조건으로 빛의 세기를 조절하였다. 0.8 M의 1,2-디메틸-3-헥실 이미다조리움 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexyl imidazolium iodide)와 40 mM의 I2 조성을 갖는 산화-환원 전해질을 사용할 경우 염료감응 루타일 산화티타늄 태양전지는 10.7 mA/cm2의 전류밀도, 730 mV 의 전압, 그리고 0.72 의 충밀도(fill factor) 특성을 보였으며, 0.8 M의 LiI 와 40 mM의 I2 조성을 갖는 전해질을 사용할 경우 13.4 mA/cm2의 전류밀도, 470 mV 의 전압 및 0.54의 충밀도 특성을 보였다. 전해질 속의 작은 양이온 반경을 가진 이온종이 존재할 경우 전류 특성은 향상되었지만 전압과 충밀도의 저하가 관찰되었으며, 전해질 내에 큰 이온반경의 양이온종이 존재할 경우 전류밀도는 크게 저하되지 않으면서 높은 전압과 향상된 충밀도 특성을 가짐을 알 수 있다. 에너지 변환 효율식(효율 (%) = [전류 전압 충밀도]/입력전원)에 의해 1,2-디메틸-3-헥실 이미다조리움 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexyl imidazolium iodide)와 I2 조성을 갖는 산화-환원 전해질로 이루어진 염료감응 루타일 산화티타늄 태양전지는 5.6% 의 효율을 보였다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 나노입자 루타일 산화티타늄 필름 제조 공정은 종래의 고가의 원료물질과 수열 합성법에 의해 제조되는 아나타제 산화티타늄의 제조공정에 비해 비용이 절감되므로 염료감응 태양전지의 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 상온에서 사염화티타늄의 가수분해에 의하여 얻어진 루타일 구조의 산화티타늄을 전구체로 하여 저온에서 균열이 없는 후막의 나노입자 루타일 산화티타늄 필름이 제조 가능하며, 이를 염료감응 태양전지에 응용할 경우 염료의 흡착량을증가시켜 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다.
Claims (9)
- 루타일 산화티타늄 슬러리 제조 방법에 있어서,루타일 산화티타늄 분말을 마련하는 제1 단계;상기 루타일 산화티타늄 분말을 증류수에 분산시켜 콜로이드 용액을 형성하는 제2 단계;상기 콜로이드 용액에 에틸렌글리콜고분자(poly ethylene glycol) 및 산화에틸렌고분자(poly ethylene oxide)를 첨가하는 제3 단계;상기 제3 단계에서 마련된 상기 콜로이드 용액을 교반시켜 루타일 산화티타늄 슬러리를 제조하는 제4 단계를 포함하는 루타일 산화티타늄 슬러리 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제3 단계에서,상기 루타일 산화티타늄의 중량에 대하여 상기 에틸렌글리콜고분자와 산화에틸렌고분자 각각을 15% 내지 25%로 콜로이드 용액에 첨가하는 것을 특징으로 하는 루타일 산화티타늄 슬러리 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 단계는,사염화티타늄(TiCl4) 수용액을 가수분해하여 상기 사염화티타늄 수용액 내에 루타일 산화티타늄 분말을 침전시키는 단계;상기 사염화티타늄 수용액과 상기 루타일 산화티타늄 분말을 분리하여 루타일 산화티타늄 분말을 얻는 단계; 및상기 루타일 산화티타늄 분말을 증류수에 재분산시킨 후, 상기 증류수와 상기 루타일 산화티타늄 분말을 분리시켜 상기 루타일 산화티타늄 분말을 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 루타일 산화티타늄 슬러리 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2 단계 후,상기 콜로이드 용액을 초음파 분쇄기로 처리하는 단계; 및상기 콜로이드 용액을 자석젖개로 교반시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루타일 산화티타늄 슬러리 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용하여 루타일 산화티타늄막을 제조하는 방법에 있어서,기판 상에 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 코팅하는 제1 단계;상기 제1 단계가 완료된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 건조시키는 제2 단계; 및상기 제2 단계가 완료된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 열처리하여 루타일 산화티타늄막을 형성하는 제3 단계를 포함하는 루타일 산화티타늄 필름 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제3 단계에서,450 ℃ 내지 500 ℃ 온도에서 1시간 내지 2 시간 동안 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 루타일 산화티타늄 필름 형성 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용하여 태양전지를 제조하는 방법에 있어서,전도성 투명 기판 상에 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 코팅하는 제1 단계;상기 전도성 투명 기판 상에 코팅된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 건조시키는 제2 단계;상기 제2 단계가 완료된 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 열처리하여 루타일 산화티타늄막을 형성하는 제3 단계;상기 루타일 산화티타늄막을 염료분자가 용해된 혼합용액에 함침시켜, 염료분자가 흡착된 루타일 산화티타늄 필름 전극을 형성하는 제4 단계;그 상부에 대전극이 형성된 제2 유리기판을 마련하는 제5 단계;상기 제2 유리기판 및 상기 대전극을 관통하는 구멍을 형성하는 제6 단계;상기 대전극 및 상기 산화티타늄 필름전극 사이에 열가소성 고분자 필름을 두고, 가열 압착 공정을 실시하여 상기 대전극 및 상기 산화티타늄 필름전극을 접합시키는 제7 단계;상기 구멍을 통하여 상기 대전극과 상기 산화티타늄 필름 전극 사이의 상기 열가소성 고분자 필름에 전해질을 주입하는 제8 단계; 및상기 구멍 내에 열가소성 고분자를 매립하는 제9 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제1 단계에서,SnO2투명전도층 상에 상기 루타일 산화티타늄 슬러리를 닥터 블레이드법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제8 단계에서,0.8 M의 1,2-디메틸-3-헥실 이미다조리움 아이어다이드(1,2-dimethyl-3-hexyl imidazolium iodide)와 40 mM의 I2를 아세토니트릴에 용해시킨 전해질 또는,0.8 M의 LiI와 40 mM의 I2 를 아세토니트릴에 용해시킨 전해질을 주입하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
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