KR20080052082A - Dye-sensitized solar cells having electron recombination protection layer and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20080052082A
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한국전자통신연구원
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Abstract

A dye-sensitized solar cell including an electron recombination blocking layer is provided to maximize energy conversion efficiency by avoiding the loss of electrons through a conductive substrate of a semiconductor electrode. A dye-sensitized solar cell(100) includes a semiconductor electrode(102), a counter electrode(104), and an electrolyte layer(106) interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode. The semiconductor electrode includes a first conductive substrate(110), an electron recombination blocking layer(112) formed on the first conductive substrate, a porous metal oxide layer(114) formed on the electron recombination blocking layer, and a dye molecular layer adsorbed to the surface of the porous metal oxide layer. The electron recombination blocking layer is made of a crystalline metal oxide layer having a void fraction of 0-10 percent. The porous metal oxide layer has a void fraction of 40-60 percent. The counter electrode can include a second conductive substrate(160) and a first conductive layer formed on the second conductive substrate.

Description

전자 재결합 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법{Dye-sensitized solar cells having electron recombination protection layer and method for manufacturing the same} Dye-sensitized solar cells having electron recombination protection layer and method for manufacturing the same

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 요부 구성을 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of the dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 염료감응 태양전지의 반도체 전극의 일부를 도시한 확대 단면도이다. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a semiconductor electrode of the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention in order of process.

도 4는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 포함될 수 있는 전자 재결합 차단층의 표면을 SEM (scanning electron microscope)으로 관찰한 사진이다. 4 is a photograph of a surface of an electron recombination blocking layer that may be included in a dye-sensitized solar cell according to the present invention with a scanning electron microscope (SEM).

도 5는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 포함될 수 있는 다공성 금속 산화물층의 표면을 SEM으로 관찰한 사진이다. 5 is a SEM photograph of the surface of the porous metal oxide layer that may be included in the dye-sensitized solar cell according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 염료감응 태양전지, 102: 반도체 전극, 104: 상대 전극, 106: 전해질층, 108: 격벽, 110: 제1 전도성 기판, 111: 금속 산화물층, 112: 전자 재결합 차단층, 114: 다공성 금속 산화물층, 114a: 금속 산화물 입자, 114b: 공극, 116: 염 료분자층, 130: 열처리, 160: 제2 전도성 기판, 170: 도전층. 100: dye-sensitized solar cell, 102: semiconductor electrode, 104: counter electrode, 106: electrolyte layer, 108: partition wall, 110: first conductive substrate, 111: metal oxide layer, 112: electron recombination blocking layer, 114: porous metal Oxide layer, 114a: metal oxide particles, 114b: void, 116: dye molecule layer, 130: heat treatment, 160: second conductive substrate, 170: conductive layer.

본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 염료 분자가 흡착된 금속 산화물로 이루어지는 반도체 전극을 구비하는 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell having a semiconductor electrode made of a metal oxide adsorbed with dye molecules and a method for producing the same.

염료감응 태양전지는 기존의 p-n 접합에 의한 실리콘 태양전지와는 달리, 가시광선의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍 (electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. Dye-sensitized solar cells, unlike conventional silicon solar cells by pn junctions, are photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light and generating electron-hole pairs, and transferring the generated electrons. It is a photoelectrochemical solar cell using a transition metal oxide as a main constituent material.

지금까지 알려진 염료감응 태양전지 중 대표적인 예로서 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있다 (미국 특허공보 제4,927,721호 및 동 제5,350,644호). 통상의 염료감응 태양전지는 염료분자가 흡착된 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극, 백금으로 이루어지는 상대 전극, 그리고 반도체 전극과 상대 전극과의 사이에 채워진 산화/환원 전해질 용액으로 구성된다. 여기서, 염료 분자는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하는 역할을 하고, 반도체 전극은 생성된 전자를 전달하는 역할을 한다. 이와 같이 구성된 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 전력당 제조 단가가 저렴하다는 장점으로 인해 주목받아 왔다. Representative examples of dye-sensitized solar cells known to date have been published by Gratzel et al., Switzerland (US Pat. Nos. 4,927,721 and 5,350,644). A conventional dye-sensitized solar cell is composed of a semiconductor electrode made of nanoparticle titanium dioxide (TiO 2 ) on which dye molecules are adsorbed, a counter electrode made of platinum, and an oxidation / reduction electrolyte solution filled between the semiconductor electrode and the counter electrode. . Here, the dye molecules serve to absorb visible light to generate electron-hole pairs, and the semiconductor electrode serves to transfer generated electrons. The dye-sensitized solar cell configured as described above has been attracting attention due to the advantage that the manufacturing cost per power is lower than that of the conventional silicon solar cell.

통상의 염료감응 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 태양빛에 의해 여기된 염료들이 전자를 나노입자 이산화티탄의 전도대에 주입한다. 그 주입된 전자들은 나노입자 이산화티탄을 통과하여 전도성 기판에 도달하여 외부 회로로 전달된다. 여기서, 상기 반도체 기판을 구성하는 이산화티탄 나노입자들과 전도성 기판과의 사이에 접촉 면적에 따라 나노입자 이산화티탄으로터 전도성 기판까지 전달된 전자의 에너지 변환 효율이 큰 영향을 받게 된다. 즉, 나노입자 이산화티탄으로터 전도성 기판까지 전달된 전자들중 일부는 상기 전도성 기판중 상기 나노입자 이산화티탄과 접촉되어 있지 않고 전해질 용액에 노출되어 있는 부분을 통해 전해질로 다시 사라지게 된다. The working principle of a conventional dye-sensitized solar cell is as follows. The dyes excited by sunlight inject electrons into the conduction band of nanoparticle titanium dioxide. The injected electrons pass through nanoparticle titanium dioxide to reach the conductive substrate and are transferred to the external circuit. Here, the energy conversion efficiency of electrons transferred from the nanoparticle titanium dioxide to the conductive substrate is greatly affected by the contact area between the titanium dioxide nanoparticles constituting the semiconductor substrate and the conductive substrate. That is, some of the electrons transferred from the nanoparticle titanium dioxide to the conductive substrate disappear back into the electrolyte through the portion of the conductive substrate which is not in contact with the nanoparticle titanium dioxide and is exposed to the electrolyte solution.

그러나, 지금까지 제안된 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지에서는 반도체 전극을 구성하는 이산화티탄의 입자 형태가 구형(球形), 타원형, 또는 그와 유사한 입자 형태를 가지므로 이산화티탄과 전도성 기판과의 사이의 접촉 면적을 확보하는 데 제한이 있다. 그 결과, 반도체 전극의 전도성 기판에서 전해질에 노출된 표면을 통한 전자 손실로 인하여 원하는 에너지 변환 효율을 확보하는 데 한계가 있었다. However, in the dye-sensitized solar cell according to the related art proposed so far, the particle shape of the titanium dioxide constituting the semiconductor electrode has a spherical shape, an elliptical shape, or a similar particle shape. There is a limit to securing the contact area of the. As a result, there is a limit in securing desired energy conversion efficiency due to electron loss through the surface exposed to the electrolyte in the conductive substrate of the semiconductor electrode.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 반도체 전극의 전도성 기판을 통한 전자 손실을 방지함으로써 에너지 변환 효율을 극대화할 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems in the prior art, to provide a dye-sensitized solar cell that can maximize the energy conversion efficiency by preventing electron loss through the conductive substrate of the semiconductor electrode.

본 발명의 다른 목적은 전도성 기판을 통한 전자 손실을 방지할 수 있는 구 조를 가지는 반도체 전극을 간단한 공정 및 낮은 공정 단가에 의해 구현할 수 있는 염료감응 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell that can implement a semiconductor electrode having a structure capable of preventing electron loss through a conductive substrate by a simple process and a low process cost.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 반도체 전극과, 상대 전극과, 상기 반도체 전극과 상대 전극과의 사이에 개재되어 있는 전해질층을 포함한다. 상기 반도체 전극은 제1 전도성 기판과, 상기 제1 전도성 기판 위에 형성되고 공극율 (void fraction)이 0 ∼ 10 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 전자 재결합 차단층과, 상기 전자 재결합 차단층 위에 형성되고 공극율이 40 ∼ 60 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 다공성 금속 산화물층과, 상기 다공성 금속 산화물층의 표면에 흡착되어 있는 염료분자층을 포함한다. In order to achieve the above object, the dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a semiconductor electrode, a counter electrode, and an electrolyte layer interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode. The semiconductor electrode is formed on a first conductive substrate, an electron recombination blocking layer comprising a crystalline metal oxide layer having a void fraction of 0 to 10% on the first conductive substrate, and formed on the electron recombination blocking layer and having a porosity. The porous metal oxide layer which consists of this crystalline metal oxide layer which is 40 to 60%, and the dye molecule layer adsorb | sucked on the surface of the said porous metal oxide layer are included.

상기 전자 재결합 차단층은 결정질 이산회티탄으로 이루어질 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물층은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2), 및 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. The electron recombination blocking layer may be made of crystalline titanium dioxide. The porous metal oxide layer may be made of any one material selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO).

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조 방법에서는 제1 전도성 기판, 상기 제1 전도성 기판 위에 형성되고 공극율이 0 ∼ 10 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 전자 재결합 차단층, 상기 전자 재결합 차단층 위에 형성되고 공극율이 40 ∼ 60 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 다공성 금속 산화물층, 및 상기 다공성 금속 산화물층의 표면에 흡착되어 있는 염료분자층을 포함하는 반도체 전극을 형성한다. 제2 전도성 기판 위에 도전 층을 형성하여 상대 전극을 형성한다. 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극이 상호 대향하도록 상기 제1 전도성 기판 및 제2 전도성 기판을 정렬한다. 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극과의 사이에 액체 전해질을 주입하여 전해질층을 형성한다. In order to achieve the above another object, in the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention, an electron recombination blocking layer made of a first conductive substrate and a crystalline metal oxide layer having a porosity of 0 to 10% formed on the first conductive substrate. And a porous metal oxide layer formed on the electron recombination blocking layer and comprising a crystalline metal oxide layer having a porosity of 40 to 60%, and a dye molecule layer adsorbed on the surface of the porous metal oxide layer. . A conductive layer is formed on the second conductive substrate to form a counter electrode. The first conductive substrate and the second conductive substrate are aligned such that the semiconductor electrode and the counter electrode face each other. An electrolyte layer is formed by injecting a liquid electrolyte between the semiconductor electrode and the counter electrode.

상기 반도체 전극을 형성하는 단계는 선형 입자 형태를 가지는 금속 산화물로 이루어지는 콜로이드 용액을 상기 제1 전도성 기판 위에 코팅하여 금속 산화물층을 형성하는 단계와, 상기 금속 산화물층을 열처리에 의해 결정화시켜 상기 전자 재결합 차단층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the semiconductor electrode may include forming a metal oxide layer by coating a colloidal solution consisting of a metal oxide having a linear particle shape on the first conductive substrate, and crystallizing the metal oxide layer by heat treatment to recombine the electrons. Forming a blocking layer.

상기 콜로이드 용액을 구성하는 상기 금속 산화물은 비정질 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 콜로이드 용액을 구성하는 상기 금속 산화물은 상기 금속 산화물의 총 중량을 기준으로 10 중량 % 이하의 아나타제 분말을 더 포함할 수도 있다. The metal oxide constituting the colloidal solution may be formed of an amorphous metal oxide. Alternatively, the metal oxide constituting the colloidal solution may further include 10 wt% or less of anatase powder based on the total weight of the metal oxide.

상기 금속 산화물층의 열처리는 450 ∼ 550 ℃의 범위 내에서 선택되는 온도로 행해질 수 있다. The heat treatment of the metal oxide layer may be carried out at a temperature selected in the range of 450 ~ 550 ℃.

본 발명에 의하면, 전자 재결합 차단층에 의해 제1 전도성 기판이 보호되어 상기 제1 전도성 기판이 산화/환원 전해질과 접촉되는 것을 방지함으로써 빛에 의하여 염료 분자로부터 다공성 금속 산화물층에 주입된 전자의 손실 경로를 제거할 수 있다. 또한, 치밀한 구조를 가지는 상기 전자 재결합 차단층에 의해 상기 제1 전도성 기판과 상기 전자 재결합 차단층과의 접촉 면적이 증가되어 다공성 금속 산화물층에 주입된 전자가 제1 전도성 기판으로 이동할 기회가 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 에너지 변환 효율이 향상될 수 있다. According to the present invention, the loss of electrons injected from the dye molecule into the porous metal oxide layer by light by protecting the first conductive substrate by the electron recombination blocking layer to prevent the first conductive substrate from contacting the oxidation / reduction electrolyte. You can remove the path. In addition, the contact area between the first conductive substrate and the electron recombination blocking layer is increased by the electron recombination blocking layer having a dense structure, thereby increasing the chance of electrons injected into the porous metal oxide layer to move to the first conductive substrate. Can be. Therefore, the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell according to the present invention can be improved.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 본 명세서에서 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막 또는 기판의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다. 첨부 도면에서, 막들 및 영역들의 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 첨부 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Embodiments of the invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully illustrate the present invention. Where a film is described herein as being "on" another film or substrate, the film may be directly on top of the other film or substrate, with a third other film interposed therebetween. In the accompanying drawings, the thicknesses and sizes of the films and regions are exaggerated for clarity. Accordingly, the invention is not limited by the relative size or spacing shown in the accompanying drawings. Like reference numerals in the accompanying drawings refer to like elements.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지(100)의 요부 구성을 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the main components of the dye-sensitized solar cell 100 according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(100)는 상호 대향하고 있는 반도체 전극(102)과 상대 전극(104)을 포함한다. 상기 반도체 전극(102)과 상대 전극(104)과의 사이에는 전해질층(106)이 개재되어 있다. Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell 100 according to the present invention includes a semiconductor electrode 102 and a counter electrode 104 facing each other. An electrolyte layer 106 is interposed between the semiconductor electrode 102 and the counter electrode 104.

도 2는 도 1의 반도체 전극(102)의 일부를 도시한 확대 단면도이다. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a portion of the semiconductor electrode 102 of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 반도체 전극(102)은 제1 전도성 기판(110)과, 상기 제1 전도성 기판(110)의 상면을 덮고 있는 전자 재결합 차단층(112)과, 상기 전자 재결합 차단층(112) 위에 형성되어 있는 다공성 금속 산화물층(114)과, 상기 다공성 금속 산화물층(114)의 표면 및 상기 전자 재결합 차단층(112)의 상면에 각각 흡착되어 있는 염료분자층(116)을 포함한다. 1 and 2, the semiconductor electrode 102 includes a first conductive substrate 110, an electron recombination blocking layer 112 covering an upper surface of the first conductive substrate 110, and the electron recombination. The dye metal layer 116 adsorbed on the porous metal oxide layer 114 formed on the blocking layer 112, the surface of the porous metal oxide layer 114 and the upper surface of the electron recombination blocking layer 112, respectively. It includes.

상기 반도체 전극(102)의 전자 재결합 차단층(112)은 공극율 (void fraction)이 약 0 ∼ 10 %인 매우 치밀한 구조를 가지는 결정질 금속 산화물층으로 이루어질 수 있다. 상기 전자 재결합 차단층(112) 내에 공극이 전혀 없는 것이 가장 바람직하다. 상기 전자 재결합 차단층(112) 내에 공극이 있는 경우, 그 공극의 포어 사이즈는 약 20 nm 미만이다. 예를 들면, 상기 전자 재결합 차단층(112)은 약 20 nm 미만의 포어 사이즈를 가지는 공극을 포함하며, 공극율이 약 0 ∼ 10 %인 이산화티탄층으로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 전자 재결합 차단층(112)은 약 5 ∼ 15 nm의 폭 및 약 15 ∼ 30 nm의 길이를 가지고 비교적 길게 연장되는 선형 입자 형태의 이산화티탄 입자들이 고밀도로 적층되어 얻어진 구조를 가질 수 있다. 상기 전자 재결합 차단층(112)의 두께가 너무 크면 저항이 커져서 상기 반도체 전극(102)의 전도성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자 재결합 차단층(112)은 약 0.1 ∼ 2 ㎛의 두께로 형성된다. The electron recombination blocking layer 112 of the semiconductor electrode 102 may be formed of a crystalline metal oxide layer having a very dense structure having a void fraction of about 0 to 10%. Most preferably, there are no voids in the electron recombination blocking layer 112. If a pore is present in the electron recombination blocking layer 112, the pore size of the pore is less than about 20 nm. For example, the electron recombination blocking layer 112 may include a pore having a pore size of less than about 20 nm, and may include a titanium dioxide layer having a porosity of about 0 to 10%. At this time, the electron recombination blocking layer 112 may have a structure obtained by densely stacking titanium dioxide particles having a linear particle shape having a width of about 5 to 15 nm and a length of about 15 to 30 nm and extending relatively long. have. If the thickness of the electron recombination blocking layer 112 is too large, the resistance may increase, thereby lowering the conductivity of the semiconductor electrode 102. Preferably, the electron recombination blocking layer 112 is formed to a thickness of about 0.1 to 2 ㎛.

상기 반도체 전극(102)의 다공성 금속 산화물층(114)은 포어 사이즈가 약 20 ∼ 2000 nm이고 공극율이 약 40 ∼ 60 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어질 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물층(114)을 구성하는 복수의 금속 산화물 입자(114a)는 각각 약 15 ∼ 30 nm의 입경 (particle diameter) 사이즈를 가지며, 구형(球形), 타원형, 또는 그와 유사한 입자 형태를 가진다. 상기 다공성 금속 산화물층(114)을 구성하는 복수의 금속 산화물 입자(114a) 사이에 소정의 체적을 가지는 공극((114b)이 존재한다. 상기 다공성 금속 산화물층(114)은 예를 들면, 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2), 및 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물층(114)은 약 5 ∼ 15 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. The porous metal oxide layer 114 of the semiconductor electrode 102 may be formed of a crystalline metal oxide layer having a pore size of about 20 to 2000 nm and a porosity of about 40 to 60%. The plurality of metal oxide particles 114a constituting the porous metal oxide layer 114 each have a particle diameter size of about 15 to 30 nm, and have a spherical shape, an ellipse shape, or a similar particle shape. Have There is a gap 114b having a predetermined volume between the plurality of metal oxide particles 114a constituting the porous metal oxide layer 114. The porous metal oxide layer 114 is, for example, titanium dioxide. (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO), and may be formed of any one material The porous metal oxide layer 114 may have a thickness of about 5 to 15 μm. Can be formed.

상기 염료분자층(116)은 상기 다공성 금속 산화물층(114)의 복수의 금속 산화물 입자(114a)의 표면 및 상기 전자 재결합 차단층(112)의 상면에 각각 흡착되어 있다. 상기 염료분자층(116)은 루테늄 착체로 이루어질 수 있다. The dye molecule layer 116 is adsorbed on the surfaces of the plurality of metal oxide particles 114a of the porous metal oxide layer 114 and the top surface of the electron recombination blocking layer 112, respectively. The dye molecule layer 116 may be made of a ruthenium complex.

다시 도 1을 참조하면, 상기 상대 전극(104)은 제2 전도성 기판(160)과, 상기 제2 전도성 기판(160) 위에 형성된 도전층(170)을 포함한다. 상기 도전층(170)은 카본블랙, 탄소 나노튜브와 같은 탄소 재료, 또는 백금으로 이루어질 수 있다. Referring back to FIG. 1, the counter electrode 104 includes a second conductive substrate 160 and a conductive layer 170 formed on the second conductive substrate 160. The conductive layer 170 may be made of carbon material such as carbon black, carbon nanotubes, or platinum.

상기 전해질층(106)은 상기 제1 전도성 기판(110) 및 제2 전도성 기판(160)과의 사이에 개재되어 있는 격벽(108)에 의해 밀봉되어 있다. 상기 격벽(108)은 예를 들면 썰린(Surlyn)과 같은 열가소성 고분자막으로 이루어질 수 있으며, 약 30 ∼ 50 ㎛의 두께 및 약 1 ∼ 4 mm의 폭을 가질 수 있다. The electrolyte layer 106 is sealed by a partition 108 interposed between the first conductive substrate 110 and the second conductive substrate 160. The partition 108 may be made of, for example, a thermoplastic polymer film such as Surlyn, and may have a thickness of about 30 to 50 μm and a width of about 1 to 4 mm.

상기 제1 전도성 기판(110) 및 제2 전도성 기판(160)은 각각 도전층(도시 생략)이 코팅된 투명 기판으로 이루어질 수 있다. 상기 투명 기판은 유리 또는 고분자로 이루어질 수 있고, 상기 투명 기판에 코팅된 도전층(도시 생략)은 ITO (indium tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), 또는 SnO2로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 제1 전도성 기판(110) 및 제2 전도성 기판(160)은 각각 도전성 고 분자 등으로 이루어지는 도전성 투명 기판, 또는 금속 기판으로 이루어질 수 있다. Each of the first conductive substrate 110 and the second conductive substrate 160 may be formed of a transparent substrate coated with a conductive layer (not shown). The transparent substrate may be made of glass or a polymer, and a conductive layer (not shown) coated on the transparent substrate may be made of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), or SnO 2 . Alternatively, the first conductive substrate 110 and the second conductive substrate 160 may each be formed of a conductive transparent substrate made of a conductive polymer, or a metal substrate.

상기 전해질층(106)은 요오드계 산화-환원 액체 전해질, 예를 들면 1-비닐-3-헥실-이미다졸륨 아이오다이드 (1-vinyl-3-hexyl-immidazolium iodide)와, 0.1 M의 LiI와, 40 mM의 I2 (iodine)와, 0.2 M의 제3부틸 피리딘 (tert-butyl pyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴 (3-methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액으로 이루어질 수 있다. The electrolyte layer 106 is an iodine-based redox liquid electrolyte, such as 1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide (1-vinyl-3-hexyl-immidazolium iodide) and LiI of 0.1 M and, with 40 mM of I 2 (iodine), 0.2 M 3-butylpyridine (tert-butyl pyridine) to that I 3 was dissolved in 3-methoxy propionitrile (3-methoxypropionitrile) of - / I - electrolyte solution of Can be made.

상기 반도체 전극(102)에서, 상기 제1 전도성 기판(110)과 상기 다공성 금속 산화물층(114)과의 사이에 상기 제1 전도성 기판(110)의 상면을 덮는 상기 전자 재결합 차단층(112)이 형성되어 있으므로, 상기 다공성 금속 산화물층(114)의 공극(114b)을 통해 상기 제1 전도성 기판(110)에 인접한 영역까지 유입되어 있는 전해질층(106)의 전해질 용액이 상기 제1 전도성 기판(110)에 접촉되는 것이 상기 전자 재결합 차단층(112)에 의해 방지될 수 있다. In the semiconductor electrode 102, the electron recombination blocking layer 112 covering the top surface of the first conductive substrate 110 is disposed between the first conductive substrate 110 and the porous metal oxide layer 114. Since it is formed, the electrolyte solution of the electrolyte layer 106 flowing into the region adjacent to the first conductive substrate 110 through the pores 114b of the porous metal oxide layer 114 is the first conductive substrate 110. ) May be prevented by the electron recombination blocking layer 112.

다음에, 도 1에 예시된 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(100)에서의 예시적인 작동 과정을 설명하면 다음과 같다. Next, an exemplary operation process in the dye-sensitized solar cell 100 according to the present invention illustrated in FIG. 1 will be described.

외부로부터 반도체 전극(102)의 제1 전도성 기판(110)을 통과한 태양 빛은 상기 반도체 전극(102)의 다공성 금속 산화물층(114)의 금속 산화물 입자(114a)의 표면에 흡착되어 있는 염료분자층(116)의 염료에 의해 흡수된다. 이 때, 상기 전자 재결합 차단층(112)의 상면에 각각 흡착되어 있는 염료분자층(116)에서도 빛이 흡수될 수 있다. 빛을 흡수한 상기 염료분자층(116)의 각 염료 분자들은 여기되어 전 자를 다공성 금속 산화물층(114)의 전도대로 주입하게 된다. 상기 다공성 금속 산화물층(114)으로 주입된 전자는 상기 다공성 금속 산화물층(114) 내의 입자간 계면을 통해 상기 전자 재결합 차단층(112) 및 제1 전도성 기판(110)에 전달되고, 외부 전선(미도시)을 통하여 전기적 작업을 수행한 후 상대 전극(104)으로 이동된다. 상기 상대 전극(104)에 도달된 전자는 제2 전도성 기판(160) 및 도전층(170)을 통과하여, 상기 전해질층(106)에 있는 요오드계 전해질의 산화 환원 작용 (3I- → I3 - + 2e-)에 의하여 다공성 금속 산화물층(114)에 전자가 주입된다. 상기 반도체 전극(102)에서 전자 전이의 결과로 산화된 염료분자층(116)에 있는 각 염료 분자들은 상기 전해질층(106)에서의 산화 환원 작용에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, 산화된 요오드 이온(I3 -)은 상대 전극(104)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지(100)의 작동 과정이 완성된다. 이 과정에 있어서, 상기 반도체 전극(102)에서 상기 제1 전도성 기판(110)과 상기 다공성 금속 산화물층(114)과의 사이에 상기 전자 재결합 차단층(112)이 형성되어 있으므로, 상기 다공성 금속 산화물층(114)의 공극(114b)을 통해 상기 제1 전도성 기판(110)에 인접한 영역까지 유입되어 있는 전해질층(106)의 전해질 용액이 상기 제1 전도성 기판(110)에 접촉되는 것이 상기 전자 재결합 차단층(112)에 의해 방지되어, 상기 제1 전도성 기판(110) 표면에서의 전자 손실이 차단됨으로써 에너지 변환 효율이 향상될 수 있다. Sunlight passing through the first conductive substrate 110 of the semiconductor electrode 102 from the outside is the dye molecules adsorbed on the surface of the metal oxide particles 114a of the porous metal oxide layer 114 of the semiconductor electrode 102. Absorbed by the dye in layer 116. At this time, light may be absorbed from the dye molecule layer 116 which is respectively adsorbed on the upper surface of the electron recombination blocking layer 112. Each dye molecule in the dye molecule layer 116 that absorbs light is excited to inject electrons into the conduction band of the porous metal oxide layer 114. Electrons injected into the porous metal oxide layer 114 are transferred to the electron recombination blocking layer 112 and the first conductive substrate 110 through an interparticle interface in the porous metal oxide layer 114, and an external wire ( The electrical operation is performed through the counter electrode 104 after performing electrical work. Oxidation-reduction action of the iodine-based electrolyte in by the electronic reaches the counter electrode 104 through the second conductive substrate 160 and conductive layer 170, the electrolyte layer (106) (3I - → I 3 - Electrons are injected into the porous metal oxide layer 114 by + 2e − ). Each dye molecule in the dye molecule layer 116 oxidized as a result of the electron transition in the semiconductor electrode 102 is reduced again by receiving electrons provided by the redox action in the electrolyte layer 106. Iodine ions I 3 - are reduced again by the electrons reaching the counter electrode 104 to complete the operation of the dye-sensitized solar cell 100. In this process, since the electron recombination blocking layer 112 is formed between the first conductive substrate 110 and the porous metal oxide layer 114 in the semiconductor electrode 102, the porous metal oxide The electron recombination of the electrolyte solution of the electrolyte layer 106, which flows into the region adjacent to the first conductive substrate 110 through the pores 114b of the layer 114, contacts the first conductive substrate 110. Prevented by the blocking layer 112, the loss of electrons on the surface of the first conductive substrate 110 may be blocked, thereby improving energy conversion efficiency.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention in order of process.

도 3a 내지 도 3d에서 예시하는 실시예에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타낸다. 따라서, 본 예에서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. In the embodiment illustrated in Figs. 3A to 3D, the same reference numerals as those in Fig. 1 denote the same members. Therefore, detailed description thereof is omitted in this example.

도 3a를 참조하면, 제1 전도성 기판(110) 위에 약 0.1 ∼ 2 ㎛의 두께를 가지는 금속 산화물층(111)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a metal oxide layer 111 having a thickness of about 0.1 to 2 μm is formed on the first conductive substrate 110.

예를 들면, 상기 제1 금속 산화물층(111)을 형성하기 위하여, 먼저 약 5 ∼ 15 nm의 폭 및 약 15 ∼ 30 nm의 길이를 가지고 비교적 길게 연장되는 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들이 물에 분산되어 이루어진 콜로이드 용액을 제조한다. 그 후, 얻어진 콜로이드 용액을 상기 제1 전도성 기판(110) 위에 스프레이 또는 스핀코팅 방법에 의해 코팅하고, 코팅 결과물로부터 물을 건조시켜 상기 금속 산화물층(111)을 형성한다. For example, in order to form the first metal oxide layer 111, first, metal oxide particles in the form of linear particles having a width of about 5 to 15 nm and a length of about 15 to 30 nm and extending relatively are introduced into water. A colloidal solution prepared by dispersion is prepared. Thereafter, the obtained colloidal solution is coated on the first conductive substrate 110 by spray or spin coating, and water is dried from the coating result to form the metal oxide layer 111.

상기 콜로이드 용액은 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자 및 물 외에 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들은 비정질 금속 산화물 입자로 이루어지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들은 비정질 이산화티탄으로 이루어진다. 경우에 따라, 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물은 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 이하의 아나타제(anatase) 분말을 더 포함할 수 있다. The colloidal solution may further include a surfactant in addition to the metal oxide particles and water in the form of linear particles. The metal oxide particles in the form of linear particles are preferably made of amorphous metal oxide particles. Preferably, the metal oxide particles in the form of linear particles consist of amorphous titanium dioxide. In some cases, the metal oxide in the form of linear particles may further include about 10 wt% or less of anatase powder based on the total weight of the metal oxide in the form of linear particles.

상기 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들이 상기 제1 전도성 기판(110)상에 코팅되었을 때, 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들과 상기 제1 전도성 기판(110)과의 사이의 접촉 면적, 그리고 상기 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들 상호간의 접촉 면적은 구형 또는 그와 유사한 형상을 가지는 다른 입자들에 비해 현저하게 증가될 수 있다. 따라서, 상기 금속 산화물층(111)은 내부에 공극이 거의 없거나, 있다 하더라도 구형 또는 그와 유사한 형상을 가지는 다른 입자들로 이루어지는 통상의 금속 산화물층의 내부 구조에 비해 매우 치밀한 구조를 가진다. When the metal oxide particles in the form of linear particles are coated on the first conductive substrate 110, the contact area between the metal oxide particles in the form of linear particles and the first conductive substrate 110, and the The contact area between the metal oxide particles in the form of linear particles can be significantly increased compared to other particles having a spherical or similar shape. Therefore, the metal oxide layer 111 has a very dense structure compared to the internal structure of a conventional metal oxide layer made of other particles having almost no voids or spherical or similar shapes, if any.

도 3b를 참조하면, 상기 금속 산화물층(111)을 열처리(130)에 의해 결정화시켜 전자 재결합 차단층(112)을 형성한다. 상기 열처리(130)는 예를 들면 약 400 ∼ 600 ℃의 온도 및 대기 분위기하에서 약 20 ∼ 40 분 동안 행할 수 있다. Referring to FIG. 3B, the metal oxide layer 111 is crystallized by the heat treatment 130 to form an electron recombination blocking layer 112. The heat treatment 130 may be performed, for example, for about 20 to 40 minutes at a temperature of about 400 to 600 ° C. and an atmosphere.

도 3c를 참조하면, 상기 전자 재결합 차단층(112) 위에 약 5 ∼ 15 ㎛의 두께를 가지는 다공성 금속 산화물층(114)을 형성한다. Referring to FIG. 3C, a porous metal oxide layer 114 having a thickness of about 5 to 15 μm is formed on the electron recombination blocking layer 112.

예를 들면, 상기 다공성 금속 산화물층(114)을 형성하기 위하여, 먼저 이산화티탄 입자들 및 고분자 바인더(binder)가 유기 용액 내에 분산되어 있는 이산화티탄 코팅층을 상기 제1 전도성 기판(110) 위에 형성할 수 있다. 상기 이산화티탄 입자들은 약 15 ∼ 30 nm의 입경을 가지는 나노입자들로 이루어질 수 있다. 상기 고분자 바인더는 예를 들면 에틸 셀룰로오스와 테르피네올(terpineol)로 이루어질 수 있다. 상기 이산화티탄 코팅층을 450 ∼ 550 ℃의 범위 내에서 선택되는 온도로 열처리하여 상기 이산화티탄 코팅층으로부터 유기물을 제거하여 상기 다공성 금속 산화물층(114)을 형성한다. For example, in order to form the porous metal oxide layer 114, first, a titanium dioxide coating layer in which titanium dioxide particles and a polymer binder are dispersed in an organic solution is formed on the first conductive substrate 110. Can be. The titanium dioxide particles may be composed of nanoparticles having a particle diameter of about 15 to 30 nm. The polymer binder may be made of, for example, ethyl cellulose and terpineol. The titanium dioxide coating layer is heat-treated at a temperature selected within the range of 450 to 550 ° C. to remove organic materials from the titanium dioxide coating layer to form the porous metal oxide layer 114.

도 3d를 참조하면, 상기 다공성 금속 산화물층(114)을 구성하는 복수의 금속 산화물 입자(114a)의 표면 및 상기 전자 재결합 차단층(112)의 표면에 염료 분자를 흡착시켜 염료 분자층(116)을 형성한다. 이 때, 상기 전자 재결합 차단층(112)은 공극율이 약 0 ∼ 10 %로 상기 다공성 금속 산화물층(114)에 비해 매우 치밀한 구조를 가지므로 상기 전자 재결합 차단층(112)의 상면중 상기 복수의 금속 산화물 입자(114a) 사이에서 노출되는 표면에만 상기 염료분자층(116)이 형성된다. Referring to FIG. 3D, dye molecules are adsorbed onto surfaces of the plurality of metal oxide particles 114a constituting the porous metal oxide layer 114 and surfaces of the electron recombination blocking layer 112. To form. In this case, since the electron recombination blocking layer 112 has a porosity of about 0 to 10% and a very dense structure compared to the porous metal oxide layer 114, the plurality of electron recombination blocking layers 112 may be formed. The dye molecule layer 116 is formed only on the surface exposed between the metal oxide particles 114a.

그 후, 제2 전도성 기판(160)과 상기 제2 전도성 기판(160) 위에 형성된 도전층(170)으로 이루어지는 상대 전극(104)을 준비한다. 그리고, 상기 제1 전도성 기판(110)과 제2 전도성 기판(160)과의 사이에 격벽(108)이 재개된 상태에서 상기 반도체 전극(102)과 상기 상대 전극(104)이 소정 공간을 사이에 두고 상호 대향하도록 상기 제1 전도성 기판(110)과 제2 전도성 기판(160)을 정렬한다. 그 후, 상기 반도체 전극(102)과 상대 전극(104)과의 사이의 소정 공간에 액체 전해질을 주입하여 전해질층(106)을 형성하여 도 1에 예시된 바와 같은 염료감응 태양전지(100)를 완성한다. Thereafter, the counter electrode 104 including the second conductive substrate 160 and the conductive layer 170 formed on the second conductive substrate 160 is prepared. The semiconductor electrode 102 and the counter electrode 104 intersect a predetermined space between the first conductive substrate 110 and the second conductive substrate 160 in a state where the partition 108 is resumed. The first conductive substrate 110 and the second conductive substrate 160 are aligned to face each other. Thereafter, a liquid electrolyte is injected into a predetermined space between the semiconductor electrode 102 and the counter electrode 104 to form an electrolyte layer 106 to form a dye-sensitized solar cell 100 as illustrated in FIG. Complete

도 4는 선형 입자 형태의 비정질 이산화티탄 입자들을 포함하는 시판 제품인 "TPX 220"(엔지 테크놀로지) 용액을 스프레이 코팅 방법에 의해 전도성 기판 위에 약 0.5 마이크론(micron)의 두께로 코팅한 후, 대기중에서 약 450 ℃의 온도로 약 30 분 동안 열처리하여 전자 재결합 차단층을 형성한 결과물 표면을 SEM (scanning electron microscope)으로 관찰한 사진이다. Figure 4 is a commercially available "TPX 220" (Engine Technology) solution containing amorphous titanium dioxide particles in the form of linear particles on a conductive substrate by a spray coating method and then about 0.5 micron (thick) The resultant surface of the electron recombination blocking layer formed by heat treatment at a temperature of 450 ° C. for about 30 minutes was observed with a scanning electron microscope (SEM).

도 5는 졸-겔 방법에 의해 만들어진 약 20 ∼ 30 nm의 입경 사이즈를 가지는 이산화티탄 입자들을 에틸 셀룰로오스와 테르피네올과의 혼합액으로 이루어지는 고분자 바인더에 분산시킨 분산액을 제조한 후, 상기 분산액을 스트린 프린팅 방법으로 전도성 기판상에 코팅하고, 이를 대기중에서 약 500 ℃의 온도로 약 30 분 동안 열처리하여 얻어진 다공성 금속 산화물층을 형성한 결과물 표면을 SEM으로 관찰한 사진이다. FIG. 5 shows a dispersion prepared by dispersing titanium dioxide particles having a particle size of about 20 to 30 nm made by a sol-gel method in a polymer binder consisting of a mixture of ethyl cellulose and terpineol, and then dispersing the dispersion solution. It is a SEM photograph of the resultant surface of the resulting porous metal oxide layer formed by coating on a conductive substrate by a lean printing method and heat-treating it at a temperature of about 500 ° C. for about 30 minutes in the air.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 형성된 전자 재결합 차단층은 다공성 금속 산화물층에 비해 매우 치밀한 구조를 가진다. 따라서, 도 4의 구조를 가지는 전자 재결합 차단층(112)을 포함하는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지에서는 종래의 염료감응 태양전지에서의 주된 전자 손실 경로인 산화/환원 전해질과 제1 전도성 기판(110) 사이의 전자 손실 경로가 상기 전자 재결합 차단층(112)에 의해 차단될 수 있다. As can be seen in Figure 4, the electron recombination blocking layer formed by the method according to the invention has a very dense structure compared to the porous metal oxide layer. Accordingly, in the dye-sensitized solar cell according to the present invention including the electron recombination blocking layer 112 having the structure of FIG. 4, the oxidation / reduction electrolyte and the first conductive substrate, which are the main electron loss paths in the conventional dye-sensitized solar cell ( Electron loss paths between the 110 may be blocked by the electron recombination blocking layer 112.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 반도체 전극은 제1 전도성 기판과 염료 분자가 흡착된 다공성 금속 산화물층과의 사이에 공극율이 0 ∼ 10 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 전자 재결합 차단층이 형성되어 있다. 상기 전자 재결합 차단층은 구형 또는 그와 유사한 형상을 가지는 입자들에 비해 입자 상호간의 접촉 면적이 크게 증가될 수 있는 선형 입자 형태의 금속 산화물 입자들로부터 얻어지는 매우 치밀한 구조를 가지는 결정질 금속 산화물층으로 구성된다. 따라서, 상기 전자 재결합 차단층에 의해 상기 제1 전도성 기판이 보호되어 상기 제1 전도성 기판이 산화/환원 전해질과 접촉되는 것을 방지함으로써 빛에 의하여 염료 분자 로부터 다공성 금속 산화물층에 주입된 전자의 손실 경로를 제거할 수 있다. 또한, 치밀한 구조를 가지는 상기 전자 재결합 차단층에 의해 상기 제1 전도성 기판과 상기 전자 재결합 차단층과의 접촉 면적이 증가되어 빛에 의하여 염료 분자로부터 다공성 금속 산화물층에 주입된 전자가 제1 전도성 기판으로 이동할 기회가 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 에너지 변환 효율이 현저히 향상된 염료감응 태양전지를 제공할 수 있다. In the semiconductor electrode of the dye-sensitized solar cell according to the present invention, an electron recombination blocking layer including a crystalline metal oxide layer having a porosity of 0 to 10% is formed between the first conductive substrate and the porous metal oxide layer on which the dye molecules are adsorbed. have. The electron recombination blocking layer is composed of a crystalline metal oxide layer having a very dense structure obtained from metal oxide particles in the form of linear particles, which can greatly increase the contact area between particles, compared to particles having a spherical or similar shape. do. Thus, the loss path of electrons injected from the dye molecule into the porous metal oxide layer by light by protecting the first conductive substrate by the electron recombination blocking layer to prevent the first conductive substrate from contacting the oxidation / reduction electrolyte. Can be removed. In addition, the contact area between the first conductive substrate and the electron recombination blocking layer is increased by the electron recombination blocking layer having a dense structure, so that electrons injected from the dye molecules into the porous metal oxide layer by light are injected into the first conductive substrate. The chance to move to Accordingly, the present invention can provide a dye-sensitized solar cell with remarkably improved energy conversion efficiency.

또한, 상기 전자 재결합 차단층을 형성하기 위하여 고가의 별도의 장치를 필요로 하지 않고 매우 용이한 공정에 의해 형성될 수 있으므로 에너지 변환 효율이 현저히 향상된 염료감응 태양전지를 비교적 간단한 방법으로 쉽게 구현할 수 있다. In addition, since it can be formed by a very easy process without the need for an expensive separate device to form the electron recombination blocking layer, it is possible to easily implement a dye-sensitized solar cell with remarkably improved energy conversion efficiency in a relatively simple method. .

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention. This is possible.

Claims (17)

반도체 전극과, 상대 전극과, 상기 반도체 전극과 상대 전극과의 사이에 개재되어 있는 전해질층을 포함하고, A semiconductor electrode, a counter electrode, and an electrolyte layer interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode, 상기 반도체 전극은 The semiconductor electrode 제1 전도성 기판과, A first conductive substrate, 상기 제1 전도성 기판 위에 형성되고 공극율 (void fraction)이 0 ∼ 10 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 전자 재결합 차단층과, An electron recombination blocking layer formed on the first conductive substrate and composed of a crystalline metal oxide layer having a void fraction of 0 to 10%, 상기 전자 재결합 차단층 위에 형성되고 공극율이 40 ∼ 60 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 다공성 금속 산화물층과, A porous metal oxide layer formed on the electron recombination blocking layer and composed of a crystalline metal oxide layer having a porosity of 40 to 60%; 상기 다공성 금속 산화물층의 표면에 흡착되어 있는 염료분자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. Dye-sensitized solar cell comprising a dye molecule layer adsorbed on the surface of the porous metal oxide layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전자 재결합 차단층에는 포어 사이즈가 20 nm 미만인 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. Dye-sensitized solar cell, characterized in that the pore size is formed in the electron recombination blocking layer less than 20 nm. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전자 재결합 차단층은 결정질 이산회티탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The electron recombination blocking layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of crystalline titanium dioxide. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 다공성 금속 산화물층은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2), 및 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The porous metal oxide layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that made of any one material selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO). 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 다공성 금속 산화물층에는 포어 사이즈가 20 ∼ 2000 nm인 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. A dye-sensitized solar cell, wherein a pore having a pore size of 20 to 2000 nm is formed in the porous metal oxide layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 전도성 기판은 도전층이 코팅된 투명 기판, 도전성 고분자, 또는 금속 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The first conductive substrate is a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of a transparent substrate coated with a conductive layer, a conductive polymer, or a metal substrate. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 상대 전극은 제2 전도성 기판과, 상기 제2 전도성 기판 위에 형성된 제1 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The counter electrode comprises a second conductive substrate and a first conductive layer formed on the second conductive substrate. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 제2 전도성 기판은 제2 도전층이 코팅된 투명 기판, 도전성 고분자, 또는 금속 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The second conductive substrate is a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of a transparent substrate, a conductive polymer, or a metal substrate coated with a second conductive layer. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 제1 도전층은 Pt 또는 탄소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The first conductive layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that made of Pt or carbon. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전해질층은 요오드계 산화-환원 액체 전해질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The electrolyte layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of iodine-based redox liquid electrolyte. 제1 전도성 기판, 상기 제1 전도성 기판 위에 형성되고 공극율이 0 ∼ 10 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 전자 재결합 차단층, 상기 전자 재결합 차단층 위에 형성되고 공극율이 40 ∼ 60 %인 결정질 금속 산화물층으로 이루어지는 다공성 금속 산화물층, 및 상기 다공성 금속 산화물층의 표면에 흡착되어 있는 염료분자층을 포함하는 반도체 전극을 형성하는 단계와, An electron recombination blocking layer formed on a first conductive substrate, the crystalline metal oxide layer having a porosity of 0 to 10% on the first conductive substrate, and a crystalline metal oxide layer having a porosity of 40 to 60% on the electron recombination blocking layer. Forming a semiconductor electrode comprising a porous metal oxide layer, and a dye molecule layer adsorbed on a surface of the porous metal oxide layer; 제2 전도성 기판 위에 도전층을 형성하여 상대 전극을 형성하는 단계와, Forming a counter electrode by forming a conductive layer on the second conductive substrate, 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극이 상호 대향하도록 상기 제1 전도성 기판 및 제2 전도성 기판을 정렬하는 단계와, Aligning the first conductive substrate and the second conductive substrate such that the semiconductor electrode and the counter electrode face each other; 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극과의 사이에 액체 전해질을 주입하여 전 해질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. Injecting a liquid electrolyte between the semiconductor electrode and the counter electrode to form an electrolyte layer. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 반도체 전극을 형성하는 단계는 Forming the semiconductor electrode 선형 입자 형태를 가지는 금속 산화물로 이루어지는 콜로이드 용액을 상기 제1 전도성 기판 위에 코팅하여 금속 산화물층을 형성하는 단계와, Coating a colloidal solution composed of a metal oxide having a linear particle form on the first conductive substrate to form a metal oxide layer; 상기 금속 산화물층을 열처리에 의해 결정화시켜 상기 전자 재결합 차단층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. Crystallizing the metal oxide layer by heat treatment to form the electron recombination blocking layer. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 콜로이드 용액을 구성하는 상기 금속 산화물은 비정질 금속 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. The metal oxide constituting the colloidal solution is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of an amorphous metal oxide. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 비정질 금속 산화물은 비정질 이산화티탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. The amorphous metal oxide is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of amorphous titanium dioxide. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 콜로이드 용액을 구성하는 상기 금속 산화물은 상기 금속 산화물의 총 중량을 기준으로 10 중량 % 이하의 아나타제 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. The metal oxide constituting the colloidal solution further comprises 10% by weight or less of anatase powder based on the total weight of the metal oxide. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 금속 산화물층을 형성하는 단계는 상기 코팅된 콜로이드 용액으로부터 수분을 증발시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. Forming the metal oxide layer further comprises the step of evaporating moisture from the coated colloidal solution. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 금속 산화물층의 열처리는 450 ∼ 550 ℃의 범위 내에서 선택되는 온도로 행해지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법. The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, wherein the heat treatment of the metal oxide layer is performed at a temperature selected within the range of 450 to 550 ° C.
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