KR20090105181A

KR20090105181A - 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극 및 그제조방법과 이를 사용하여 제조된 염료 감응형 태양전지

Info

Publication number: KR20090105181A
Application number: KR1020080030478A
Authority: KR
Inventors: 곽승엽; 김현중; 김동석
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-07
Also published as: KR100937799B1

Abstract

본 발명은 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극 및 그 제조방법과 이를 사용하여 제조된 염료 감응형 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극은, 투명전도성 기판 상에 형성되며 광감응성 염료층이 투명전도성 기판과 대향하는 면에 흡착되는 염료 감응형 태양전지용 이산화티탄 전극에 있어서, 이산화티탄 증착층; 및 상기 증착층 상에 적층되는 메조기공성 이산화티탄 입자 코팅층을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 복층구조 이산화티탄 전극은 전해질의 투명전도성 기판으로의 침투를 방지함과 동시에 개선된 기공구조를 가짐으로써 염료의 흡착량을 증대시킬 수 있다.

염료 감응형 태양전지, 이산화티탄, 복층구조

Description

염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극 및 그 제조방법과 이를 사용하여 제조된 염료 감응형 태양전지{Double layer titanium dioxide electrode for dye-sensitized solar cell, Method of preparing the same and Dye-sensitized solar cell prepared by using the same}

본 발명은 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극 및 그 제조방법과 이를 사용하여 제조된 염료 감응형 태양전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 에너지 변환 효율이 우수한 복층구조 이산화티탄 전극 및 그 제조방법과 이를 사용하여 제조된 염료 감응형 태양전지에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.

태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 분류되는데, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.

태양전지는 크게 무기소재를 이용하는 무기 태양전지와 유기화합물을 이용하는 유기 태양전지로 나눌 수 있는데, 유기 태양전지는 다시 유기분자형(Organic D-A Type)과 염료 감응형(Dye-Sensitized Type)으로 구분할 수 있다. 이 중에서 염료 감응형 태양전지는 1991년 스위스 연방공과대학의 Gratzel 교수팀에 의해 최초로 개발되었으며, 약 10% 정도의 높은 광전변환효율과 기존의 실리콘형 태양전지보다 값싸게 제조할 수 있다는 가능성으로 인해 신형 태양전지로서 큰 주목을 받고 있다.

도 1은 염료 감응형 태양전지의 기본적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도면을 참조하면, 염료 감응형 태양전지는 산화 환원 과정에서 전자를 전달하는 촉매로 이루어진 상대전극(101), 산화환원 반응이 일어나는 전해질(102), 광감응성 염료층(103), 이산화티탄 전극(104) 및 투명전도성 기판(105)을 포함하여 이루어진다.

염료 감응형 태양전지는 에너지 변환 효율을 높이기 위하여 이산화티탄(TiO₂) 전극에서 염료의 흡착량을 증가시켜 광전자의 발생량을 증가시킬 것이 요구된다. 이에 따라 이산화티탄 전극에 기공구조를 부여한 메조기공성 이산화티탄 전극에 대한 연구가 많이 진행되었다. 하지만 기존의 메조기공성 이산화티탄 전극은 열처리 전에 부여해 놓은 기공 구조가 고온 소결 공정을 거치며 붕괴되는 단점이 있어 전극으로 사용시 메조기공의 효과를 볼 수 없었고, 기공 구조의 유지를 위하여 저온에서 열처리를 하였을 경우 이산화티탄의 결정화도가 낮아 광전자의 이동 효율이 떨어져 에너지 변환 효율이 낮다는 단점이 있었다.

또한 기공 구조의 존재는 염료의 흡착량을 증가시키지만 투명전도성 기판(transparent conducting oxide, TCO)에 전해질이 직접 침투되는 양을 증가시켜 전자의 재결합이 일어나 효율에 악영향을 미치는 단점이 있었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 염료의 흡착량이 커서 광전류의 발생량을 증가시킬 수 있고 전해질의 투명전도성 기판으로의 침투를 효과적으로 방지할 수 있는 염료 감응형 태양전지의 이산화티탄 전극 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 이산화티탄 전극은, 투명전도성 기판 상에 형성되며 광감응성 염료층이 투명전도성 기판과 대향하는 면에 흡착되는 염료 감응형 태양전지용 이산화티탄 전극에 있어서, 이산화티탄 증착층; 및 상기 증착층 상에 적층되는 메조기공성 이산화티탄 입자 코팅층을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 복층구조 이산화티탄 전극은 증착에 의해 형성된 상기 증착층이 전해질의 침투를 방지하고, 메조기공성 이산화티탄 콜로이드 입자에 의해 형성된 코팅층이 그 기공구조를 통해 염료의 흡착량을 증대시킬 수 있다.

또한 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 이산화티탄 전극의 제조방법은, (S1) 이산화티탄을 기판 상에 증착하여 이산화티탄 증착층을 제조하는 단계; (S2) 메조기공성 이산화티탄 콜로이드를 수열처리하고 유기 용매와 혼합하여 메조기공성 이산화티탄 페이스트를 준비하는 단계; 및 (S3) 상기 메조기공성 이산화티탄 페이스트를 상기 증착층에 도포하고 소결시켜, 메조기공성 이산화티탄 입자가 서로 응집되어 형성된, 메조기공을 갖는 코팅층을 제조하는 단계를 포함한다.

본 발명의 복층구조 이산화티탄 전극은 전해질의 투명전도성 기판으로의 침투를 효과적으로 방지함과 동시에 우수한 기공구조를 가짐으로써 염료의 흡착량이 커서 광전류의 발생량을 증가시킬 수 있으므로 에너지 변환 효율이 매우 우수하다.

이하, 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 이산화티탄 전극을 그 제조방법에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

먼저, 이산화티탄을 기판 상에 증착하여 이산화티탄 증착층을 제조한다(S1).

본 발명에 따른 증착층은 증착공정을 통해 형성되므로 치밀한 구조를 가지며 상대적으로 높은 밀도를 가짐으로써, 전해질의 투명전도성 기판으로의 침투를 막기 위해 블로킹 층의 역할을 하게 된다. 또한, 광투과도의 손실도 매우 적어 염료에 도달하는 빛의 손실도 최소한으로 억제할 수 있다.

이산화티탄을 증착하여 박막을 제조하기 위해서는 당분야에서 통상적으로 사용되는 이산화티탄 증착법이 사용될 수 있으며, 예를 들면 반응성 스퍼터링 증착법 이 사용될 수 있다. 반응성 스퍼터링 증착법을 사용하는 경우, 구체적인 증착조건은 제조환경 및 필요에 따라 다양하게 선택할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따라 반응성 스퍼터링 증착에 의해 형성된 이산화티탄 증착층의 FE-SEM 사진이 나타나 있으며, 도 3에는 종래 사용되는 P25(Degussa사) 나노입자를 사용하여 종래의 방법대로 바인더 및 용매와 혼합시켜 얻은 페이스트로 닥터블레이드법을 통해 제조된, 상기 증착층과 동일한 두께의 이산화티탄 막의 FE-SEM 사진이 나타나 있다. 도 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화티탄 증착층이 도 3에 나타난 종래의 이산화티탄막보다 치밀한 구조를 가짐을 알 수 있다.

상기 증착층의 두께는 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있으며, 예를 들면 10 nm ~ 20 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 증착층의 두께가 10 nm 미만이면 TCO 기판에 전해질의 침투를 막는 효과가 현저하게 저감될 수 있고, 20 ㎛를 초과하면 광투과도가 낮아져 효율이 낮아질 수 있다.

다음으로, 메조기공성 이산화티탄 콜로이드를 수열처리하고 용매와 혼합하여 메조기공성 이산화티탄 페이스트를 준비한다(S2).

본 발명에 따른 메조기공성 이산화티탄 콜로이드는 수열처리법에 의해 얻어질 수 있다. 여기에서 메조기공성이란 2 ~ 50 nm의 기공을 다수 갖는 것을 의미한다.

이러한 수열처리법은 다양한 조건 및 방법이 있을 수 있으나, 본 발명에 따른 메조기공성 이산화티탄 콜로이드를 얻는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같 다.

비이온계 계면활성제를 황산 수용액에 첨가하여 마이셀(micelle)을 형성한다. 여기에 사용될 수 있는 비이온계 계면활성제는 예를 들면, 친수성인 PEO 사슬과 소수성인 PPO 사슬로 이루어진 삼블록 공중합체(triblock copolymer)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상용화된 것으로는 P123(Degussa사), AT-18(Lutensol사), F127(BASF사), L121(BASF사) 등이 있다.

상기 마이셀이 형성된 용액에, 이산화티탄 전구체가 용매에 용해된 용액을 첨가하고, 수열처리를 하면 메조기공성 이산화티탄 콜로이드를 얻을 수 있다.

여기에서 이산화티탄 전구체로는 당분야에서 통상적으로 알려진 것들이 사용될 수 있으며, 예를 들면 TTIP(Titanium-tetraisopropoxide)를 사용할 수 있다. 이산화티탄 전구체의 함량은 필요에 따라 적절하게 결정할 수 있으며, 예를 들면, 계면활성제 분자의 몰수 : 이산화티탄 전구체 내의 티타늄 원자의 몰수 = 1:20 ~ 70일 수 있다. 상기 범위에서 이산화티탄 박막 제조에 매우 적합한 콜로이드 상을 얻을 수 있다.

또한 이산화티탄 전구체를 용해시키기 위한 용매는 당업자가 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 아세틸 아세톤 또는 에탄올 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 수열처리를 통해 아나타제 결정구조를 갖는 이산화티탄 입자를 얻을 수 있으며, 이후의 소결공정에서 메조기공성 이산화티탄의 기공구조의 변형 및 비표면적의 감소를 억제할 수 있다. 수열처리는 80 ~ 250 ℃에서 1시간 ~ 1 주일 동안 수 행될 수 있는데, 상기 범위에서 아나타제 결정이 매우 잘 형성되며, 이후 소결 공정에서 입자의 변형을 최소화할 수 있다.

수열처리된 메조기공성 이산화티탄 콜로이드가 얻어지면 페이스트를 제조하기 위해 용매와 혼합시킨다. 이 때 필요에 따라 바인더를 더 포함할 수도 있다. 이러한 용매로는 에탄올, 탈이온수 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바인더로는 당분야의 통상적인 바인더가 사용될 수 있고, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

이어서, 상기 메조기공성 이산화티탄 페이스트를 상기 증착층에 도포하고 소결시켜, 메조기공성 이산화티탄 입자가 서로 응집되어 형성된, 메조기공을 갖는 코팅층을 제조한다(S3).

상기 페이스트를 증착층 상에 도포하는 방법은 통상적인 페이스트 코팅법이 사용될 수 있으며, 예를 들면 닥터블레이드법을 사용할 수 있다.

상기 소결 공정은 이산화티탄 전극을 형성하기 위해 사용되는 일반적인 소결공정이 적용될 수 있다. 소결조건의 예를 들면, 200 ~ 800 ℃에서 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 코팅층의 두께는 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있으며, 예를 들면 50 nm ~ 50 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 코팅층의 두께가 50 nm 미만이면 염료의 흡착량이 낮아 광전류 발생량이 낮을 수 있고, 50 ㎛를 초과하면 광전자의 전달 효율이 떨어지고 광투과도가 낮아져 효율이 떨어질 수 있다.

이와 같은 방법으로 얻어진 본 발명의 복층구조 이산화티탄 전극은 우수한 성능을 갖는 염료 감응성 태양전지의 제조에 사용될 수 있다. 도 1에 나타난 염료 감응형 태양전지의 구조를 참조하면, 본 발명의 이산화티탄 전극은 투명전도성 기판(105) 상에 형성된다.

투명전도성 기판(105)은 높은 광투과율과 낮은 저항을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들면 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO)이 사용될 수 있다.

투명전도성 기판(105)에 본 발명에 따른 복층구조 이산화티탄 전극이 형성되고 나면, 광감응성 염료를 이산화티탄 전극에 흡착시켜 염료층(103)을 형성한다. 광감응성 염료로는 루테늄계 유기금속화합물 또는 InP, CdSe 등의 양자점 무기화합물을 사용할 수 있다.

상기 염료층(103)과 상대전극(101) 사이에 개재되는 전해질(102)은, 예를 들면 I^-/I₃ ^-와 같이 산화환원 쌍을 가질 수 있는 물질로 형성될 수 있는데, I^- 이온은 LiI, NaI, 알칼암모니움 요오드 또는 이미다졸리움 요오드 등을 사용하여 얻을 수 있고, I₃ ^- 이온은 I₂를 용매에 녹여 생성시킬 수 있다. I^-는 염료분자에 전자를 제공하는 역할을 하고 산화된 I₃ ^-는 대전극에 도달한 전자를 받아 다시 I^-로 환원된다.

전해질의 매질로는 액체 또는 고분자가 사용가능한데, 액체로는 아세트니트릴이 사용될 수 있고, 고분자로는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN계, 폴리비닐리덴플로라이드-코-헥사플루오로프로필렌, (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVdF)계, 피리딘(pyridine)계, 폴리에틸렌옥사이 드(poly(ethyleneoxide), PEO) 등이 사용될 수 있다.

상대전극(101)으로는 백금, 금, 루테늄과 같은 금속 촉매가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예

(1) 이산화티탄 증착층 형성

하기 표 1에 기재된 조건으로 반응성 스퍼터링 증착을 수행하여 기판 상에 1㎛ 두께의 이산화티탄 증착층을 형성하였다.

기저압력 (Base pressure) (mTorr)	< 5ⅹ10^-7	Magnetron DC power (W)	300
작동압력 (Working pressure) (mTorr)	10 ~ 30	ICP power (RF coil) (W)	400
기판온도	비가열	증착속도 (nm/min)	30 ~ 40

이와 같이 형성된 이산화티탄 증착층의 FE-SEM 사진을 도 2에 나타내었다. 이와 비교하기 위해, P25 나노입자를 포함하는 페이스트로 제조된, 상기 증착층과 동일한 두께의 이산화티탄 막의 FE-SEM 사진을 도 3에 나타내었다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 증착층의 광투과도와 P25로 제조된 이산화티탄막의 광투과도를 측정하여 그 결과를 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다. 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 반응성 스퍼터링 증착에 의해 형성된 이산화티탄 층이 높은 광투과도를 가지며, 그에 따라 빛의 손실이 적음을 알 수 있다.

(2) 메조기공성 이산화티탄 코팅층 형성

증류수 100 ml에 14 g의 P123과 1.5 g의 황산을 함께 첨가하고 혼합하여 마이셀을 형성시켰다. 마이셀이 형성된 용액에 TTIP와 아세틸 아세톤(AcAc)이 1:1의 몰 비로 섞인 용액을 P123과 TTIP의 몰 비가 1:50이 될 때까지 천천히 적가하였다. 이후, 90 ℃에서 12 시간 동안 수열처리(hydrothermal treatment)를 하여 메조기공성 이산화티탄 콜로이드를 얻었다. 상기 얻어진 메조기공성 이산화티탄을 X선 회절분석하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6에 나타난 바와 같이, 수열처리가 완료된 메조기공성 이산화티탄 콜로이드는 그 결정구조가 아나타제임을 확인할 수 있다.

수열처리된 메조기공성 이산화티탄 콜로이드 10 g을 PEG(Mw=10,000 g/mol) 1 g 및 PEO(Mw=100,000 g/mol) 1 g과 함께 혼합하여 페이스트를 얻었으며, 이를 상기 제조된 증착층 상에 닥터블레이드 법으로 도포한 후, 500 ℃에서 소결하여 4㎛ 두께의 메조기공성 이산화티탄 코팅층을 형성하였다. 이렇게 얻어진 복층구조 이산화티탄 전극의 개략적인 사시도를 도 7에, 그 단면의 FE-SEM사진을 도 8에 나타내었다.

수열처리를 거친 메조기공성 이산화티탄 콜로이드와 수열처리를 하지 않은 메조기공성 이산화티탄 콜로이드의 소결공정 전(a)과 후(b)의 비표면적을 질소 흡탈착법을 이용하여 측정하였고, 그 결과를 도 9 및 표 2에 나타내었다. 도 9 및 표 2에 나타난 바와 같이, 수열처리를 거친 메조기공성 TiO₂의 경우 소결 공정을 거친 후에도 비표면적의 감소가 거의 일어나지 않은 반면(347 m²/g → 304 m²/g), 수열처리를 거치지 않은 메조기공성 TiO₂는 500 ℃에서 소결 공정을 거치면서 비표면적의 감소가 크게 일어나는 것을 확인할 수 있다(386 m²/g → 104 m²/g).

	비표면적(m²/g)		기공크기(nm)
	소결 전	소결 후	소결 전	소결 후
수열처리 함	347	304	3.9	11.5
수열처리 안함	386	104	3.7	8.1

비교예 1

본 발명에 따른 상기 증착층에 P25를 사용하여 제조된 페이스트로 코팅층을 형성시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복층구조 이산화티탄 전극을 제조하였다.

비교예 2

P25를 사용하여 상기 실시예 1에서 제조된 복층구조 이산화티탄 전극과 동일한 두께의 단일층 이산화티탄 전극을 제조하였다.

실험예

<에너지 변환 효율 측정>

에너지 변환 효율은 Keithley 2400 를 이용하여 측정하였고, 광원은 Xe lamp (Oriel, 300 W), 빛의 세기는 약 AM 1.5, 100 mW/cm² 으로 하여 측정하였다. Am 1.5 스펙트럼은 구름이 없고, 25 Km 의 시계를 갖는 대기 상태에서 태양을 향해 37^o 기울어진 해수면에 조사되는 태양에너지의 분포에 의해 결정된다.

1. 본 발명에 따른 코팅층의 에너지 변환 효율 측정

본 발명에 따른 상기 코팅층(수열처리를 거친 메조기공성 이산화티탄 전극, A)과 수열처리를 거치지 않은 메조기공성 이산화티탄 전극(B) 및 P25 나노입자를 사용한 페이스트로 제조되고 상기 코팅층과 동일한 두께를 갖는 이산화티탄 전극(C)의 에너지 변환 효율을 측정하였으며, 그 결과는 도 10 및 표 3에 나타내었다.

	A	B	C
Area (cm²)	0.16	0.16	0.16
V _oc (V)	0.747	0.692	0.738
J _sc (mA/cm²)	5.571	0.362	3.483
FF	0.683	0.548	0.680
EFF (%)	2.832	0.137	1.750

도 10 및 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅층의 이산화티탄 전극은 같은 두께(4 ㎛)의 상용화된 나노입자인 P25로 제조된 전극에(C) 비해 약 60 %의 에너지 변환 효율 향상이 있음을 알 수 있다(1.75 % → 2.84 %).

2. 본 발명의 복층구조 이산화티탄 전극의 에너지 변환효율 측정

실시예, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 각 전극의 에너지 변환 효율을 측정하였으며, 그 결과를 도 11 및 표 4에 나타내었다.

	실시예	비교예 1	비교예 2
Area (cm²)	0.16	0.16	0.16
V _oc (V)	0.723	0.651	0.738
J _sc (mA/cm²)	6.5387	4.659	3.483
FF	0.667	0.699	0.680
EFF (%)	3.153	2.123	1.750

도 10 및 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예의 복층구조 전극은 비교예 2의 단층구조 전극에 비해 약 80 %의 효율 향상을 보였으며(1.75 % → 3.15 %), 비교예 1의 복층구조 전극에 비하여서도 약 50 %의 효율 향상을 보임을 알 수 있다(2.12 % → 3.15 %).

도 1은 염료 감응형 태양전지의 기본적인 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 2는 실시예에 따라 반응성 스퍼터링 증착에 의해 형성된 이산화티탄 증착층의 FE-SEM 사진이다.

도 3은 종래의 P25로 제조된 이산화티탄막의 FE-SEM 사진이다.

도 4는 실시예 1에 따라 반응성 스퍼터링 증착에 의해 형성된 이산화티탄 증착층의 광투과도를 나타내는 그래프이다.

도 5는 종래의 P25로 제조된 이산화티탄막의 광투과도를 나타내는 그래프이다.

도 6은 실시예에 따라 제조된 메조기공성 이산화티탄의 X선 회절분석 결과 그래프이다.

도 7은 실시예에 따라 제조된 복층구조 이산화티탄 전극을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 8은 실시예에 따라 제조된 복층구조 이산화티탄 전극 단면의 FE-SEM이다.

도 9는 수열처리를 거친 메조기공성 이산화티탄 콜로이드와 수열처리를 하지 않은 메조기공성 이산화티탄 콜로이드의 소결공정 전(a)과 후(b)의 비표면적을 측정한 결과 그래프이다.

도 10은 실험예 1에 따라 에너지 변환 효율을 측정한 결과 그래프이다.

도 11은 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 에너지 변환 효율을 측정한 결과 그래프이다.

Claims

투명전도성 기판 상에 형성되며 광감응성 염료층이 투명전도성 기판과 대향하는 면에 흡착되는 염료 감응형 태양전지용 이산화티탄 전극에 있어서,

이산화티탄 증착층; 및

상기 증착층 상에 적층되는 메조기공성 이산화티탄 입자 코팅층

을 포함하여 이루어지는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극.
제1항에 있어서,

상기 증착층의 두께는 10 nm ~ 20 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극.
제1항에 있어서,

상기 코팅층의 두께는 50 nm ~ 50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극.
(S1) 이산화티탄을 기판 상에 증착하여 이산화티탄 증착층을 제조하는 단계;

(S2) 메조기공성 이산화티탄 콜로이드를 수열처리하고 용매와 혼합하여 메조기공성 이산화티탄 페이스트를 준비하는 단계; 및

(S3) 상기 메조기공성 이산화티탄 페이스트를 상기 증착층에 도포하고 소결 시켜, 메조기공성 이산화티탄 입자가 서로 응집되어 형성된, 메조기공을 갖는 코팅층을 제조하는 단계

를 포함하는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 (S1) 단계의 증착 공정은 반응성 스퍼터링 증착법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 (S2) 단계의 수열처리는 80 ~ 250 ℃에서 1시간 ~ 1 주일동안 수행되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 (S2) 단계의 용매는 탈이온수, 에탄올 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극의 제조방법.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 (S2) 단계에서 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 또는 이들의 혼합물인 바인더를 더 포함하여 페이스트를 준비하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 형 태양전지용 복층구조 이산화티탄 전극의 제조방법.
투명전도성 기판; 상기 투명전도성 기판의 일면에 형성된 이산화티탄 전극; 상기 이산화티탄 전극의 상기 투명전도성 기판과 대향하는 면에 흡착된 광감응성 염료층; 상기 광감응성 염료층의 상기 이산화티탄 전극과 대향하는 면에 구비된 상대전극 및 상기 광감응성 염료층과 상기 상대전극 사이에 개재된 전해질을 포함하는 염료 감응형 태양전지에 있어서,

상기 이산화티탄 전극은 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 복층구조 이산화티탄 전극인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.