KR20090123197A - Preparation method of titanium dioxide powder doped with erbium ion and ytterbium ion and its application to dye-sensitized solar cell as scattering layer - Google Patents

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KR20090123197A KR1020080049165A KR20080049165A KR20090123197A KR 20090123197 A KR20090123197 A KR 20090123197A KR 1020080049165 A KR1020080049165 A KR 1020080049165A KR 20080049165 A KR20080049165 A KR 20080049165A KR 20090123197 A KR20090123197 A KR 20090123197A
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전일수
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a titanium dioxide powder doped with Er^3+ and Yb^3+, and a dye-sensitized solar cell using the titanium dioxide powder are provided to improve scattering, thereby enhancing the efficiency of a dye-sensitized solar cell. CONSTITUTION: A method for manufacturing a titanium dioxide powder doped with Er^3+ and Yb^3+ comprises the steps of (S1) mixing titanium isopropoxide, erbium (III) nitrate (Er(NO3)3), ytterbium (III) nitrate (Yb(NO3)3) and carbon black in a solvent to prepare a mixture; (S2) forming a gel with adding water to the mixture; (S3) drying the gel to prepare a precursor; and (S4) heat treating the precursor. The solvent is a mixture solvent comprising acetic acid and ethanol.

Description

에르븀 이온 및 이테르븀 이온이 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법 및 이를 산란층으로 적용한 염료감응 태양전지{PREPARATION METHOD OF TITANIUM DIOXIDE POWDER DOPED WITH ERBIUM ION AND YTTERBIUM ION AND ITS APPLICATION TO DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AS SCATTERING LAYER}Preparation Method of Titanium Dioxide Powder Doped with Erbium Ion and Ytterbium Ion and Dye-Sensitized Solar Cell Applying It as Scattering Layer }

본 발명은 이산화티탄 분말의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법 및 이와 같은 방법으로 제조된 이산화티탄 분말을 산란층으로 적용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing titanium dioxide powder, and more particularly, to a method of preparing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ and a dye-sensitized application of titanium dioxide powder prepared by the same method as a scattering layer. It relates to a solar cell.

1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 개발된 염료감응 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 나노결정성 산화티타늄입자로 이루어진 산화물 반도체 전극을 이용한 광전기화학적 태양전지로서, 색소증감형 태양전지 또는 습식 태양전지라고도 불린다. 이와 같은 태양전지는 실리콘형 태양전지와 비교하여 제 조공정이 간단하고 제조비용이 저렴하며 실용적으로 사용가능한 광전변환 효율을 갖는 특징이 있어, 이에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. Dye-sensitized solar cells, developed in 1991 by Gratzel et al., Switzerland, are photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to produce electron-hole pairs, and nanocrystals that deliver the resulting electrons. As a photoelectrochemical solar cell using an oxide semiconductor electrode made of oxidized titanium oxide particles, it is also called a dye-sensitized solar cell or a wet solar cell. Such a solar cell has a feature of having a photoelectric conversion efficiency that is simpler in manufacturing process, lower in manufacturing cost, and practically usable as compared with a silicon type solar cell, and many studies have been conducted.

도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 단면도로서, 음전극(100), 양전극(200), 액체 전해액(300)으로 구분된다. 음전극(100)은 투명기판(110)과 상기 투명기판 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(예를들어, 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO) 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO), 120)을 포함하는 전도성 투명기재 상에 다공질의 염료가 흡착된 나노 산화물층(130)으로 이루어지는 구조를 갖는다. 양전극(200)은 투명기판(210)과 상기 투명기판 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(220)을 포함하는 전도성 투명기재 상에 액체 전해액 중의 전해질의 환원반응을 촉진시키는 역할을 하는 백금촉매로부터 형성된 백금층(230)으로 이루어지는 구조를 갖는다. 액체 전해액(300)은 일반적으로 전해질을 용해시킨 용액이 사용되고 있으며, 음전극(100)과 양전극(200) 사이에 공간을 형성하도록 넣어준 열가소성 고분자층(400) 내에 게재되어 양 전극과 전기화학적으로 접하고 있다. 이와같은 구조의 염료감응 태양전지는 광을 음전극(100)으로부터 조사하여 음전극(100)으로부터 전자를 외부회로를 통하고 양전극(200)으로 다시 통하도록 하고 있다. 1 is a cross-sectional view of a general dye-sensitized solar cell, which is divided into a negative electrode 100, a positive electrode 200, and a liquid electrolyte 300. The negative electrode 100 includes a transparent substrate 110 and a transparent conductive oxide layer (eg, fluorine-doped tin oxide (FTO) or indium tin oxide (ITO) 120 formed on the transparent substrate). It has a structure consisting of the nano oxide layer 130 adsorbed porous dye on the substrate. The positive electrode 200 is formed of a platinum catalyst which serves to promote a reduction reaction of an electrolyte in a liquid electrolyte on a conductive transparent substrate including a transparent substrate 210 and a transparent conductive oxide layer 220 formed on the transparent substrate. It has a structure consisting of a layer 230. The liquid electrolyte 300 is generally a solution in which the electrolyte is dissolved, and is placed in the thermoplastic polymer layer 400 placed to form a space between the negative electrode 100 and the positive electrode 200 and is in contact with the positive electrode. have. The dye-sensitized solar cell having such a structure irradiates light from the negative electrode 100 to allow electrons from the negative electrode 100 to pass through the external circuit and back to the positive electrode 200.

염료감응 태양전지에 있어서, 광전환 과정은 조사된 광에너지가 음전극(100)의 염료에 흡수되고, 이때 염료가 활성화되어 정공과 전자를 발생하게 된다. 발생된 전자는 나노 산화물층(130)을 통해 다시 투명전도성 산화물층(120)으로 전달되고, 투명전도성 산화물층(120)에 연결된 회로를 통하여 양전극(200)과 연결된 회로로 이동하게 되며, 양전극(200)을 통하여 다시 액체 전해액(300)으로 전달된다. 한편, 전자와 함께 발생된 정공은 액체 전해액(300)으로 통하게 되어 양전극(200)을 통해 되돌아온 전자와 재결합하는 과정으로 이루어진다. In the dye-sensitized solar cell, the light conversion process is irradiated light energy is absorbed by the dye of the negative electrode 100, the dye is activated to generate holes and electrons. The generated electrons are transferred back to the transparent conductive oxide layer 120 through the nano oxide layer 130, move to the circuit connected to the positive electrode 200 through the circuit connected to the transparent conductive oxide layer 120, and the positive electrode ( It is delivered to the liquid electrolyte 300 again through 200. On the other hand, the holes generated together with the electrons are passed through the liquid electrolyte 300 is made of a process of recombining with the electrons returned through the positive electrode (200).

태양전지의 광전환효율은 태양빛의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로, 효율을 증가시키기 위해서는 태양빛의 흡수를 증가시키거나 염료의 흡착량을 높여 전자의 생성량을 늘일 수도 있고, 또는 생성된 여기전자가 전자-홀 재결합에 의해 소멸되는 것을 막아줄 수도 있다.Since the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is proportional to the amount of electrons generated by the absorption of sunlight, in order to increase the efficiency, the production of electrons may be increased by increasing the absorption of sunlight or increasing the adsorption amount of the dye, or The generated exciton may be prevented from disappearing by electron-hole recombination.

단위면적당 염료의 흡착량을 늘이기 위해서는 산화물 반도체의 입자를 나노미터 수준의 크기로 제조하여야 하며 태양빛의 흡수를 높이기 위해 백금전극의 반사율을 높이는 방법 등이 개발되어 있다. 그러나 이러한 종래 방법으로는 태양전지의 광전환효율 향상에 한계가 있으며, 따라서 효율 향상을 위한 새로운 기술 개발이 절실히 요청되고 있는 실정이다.In order to increase the amount of dye adsorption per unit area, oxide semiconductor particles should be manufactured in nanometer size, and a method of increasing the reflectance of the platinum electrode has been developed to increase the absorption of sunlight. However, such a conventional method has a limitation in improving the light conversion efficiency of the solar cell, and thus, there is an urgent demand for the development of a new technology for improving the efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 염료감응 태양전지의 산란층에 사용되어 광전환효율을 향상시킬 수 있는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법 및 이와 같은 방법을 이용하여 제조된 이산화티탄 분말로부터 형성된 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to use a method for producing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ can be used in the scattering layer of the dye-sensitized solar cell and the same method It is to provide a dye-sensitized solar cell comprising a scattering layer formed from a titanium dioxide powder prepared by.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (S1) 용매에 티타늄 이소프로폭사이드, 에르븀(III) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3) 및 카본 블랙을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (S2) 상기 혼합물에 물을 첨가하면서 교반하여 젤을 형성하는 단계; (S3) 상기 젤을 건조시켜 전구체를 제조하는 단계; 및 (S4) 상기 전구체를 열처리하는 단계를 포함하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a titanium isopropoxide, erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ) and ytterbium (III) nitrate (Yb (NO 3 ) in a solvent (S1). 3 ) and carbon black to prepare a mixture; (S2) stirring to add water to the mixture to form a gel; (S3) drying the gel to prepare a precursor; And (S4) provides a method for producing a titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ comprising the step of heat-treating the precursor.

본 발명은 또한, (A) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 나노 산화물층을 포함하는 음전극; (B) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성된 백금층을 포함하는 양전극; (C) 상기 음전극의 나노 산화물층의 상부에 형성되며, Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 포함하여 이루어지는 산란층; 및 (D) 상기 음전극 및 양전극 사이에 개재되는 전해질을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다. The invention also provides a transparent substrate (A); A transparent conductive oxide layer formed on the transparent substrate; And a negative electrode formed on the transparent conductive oxide layer and including a nano oxide layer to which dye is adsorbed; (B) a transparent substrate; A transparent conductive oxide layer formed on the transparent substrate; And a platinum layer formed on the transparent conductive oxide layer. (C) a scattering layer formed on the nano-oxide layer of the negative electrode, comprising a titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ ; And (D) provides a dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode.

본 발명에 따른 방법으로 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 제조하여 산란층에 적용하면 분말 표면에 엠보싱 형태의 돌기가 형성되어 산란이 보다 효율적으로 이루어져 염료감응 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. When the titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ is prepared and applied to the scattering layer by the method according to the present invention, embossed protrusions are formed on the surface of the powder, so that scattering is more efficiently performed, thereby improving the efficiency of the dye-sensitized solar cell. Can be improved.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 Er3 +와 Yb3 +가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법의 공정 흐름도이다. Figure 2 is a process flow diagram of a method for manufacturing an Er 3+ and Yb 3+ doped titanium dioxide powder according to the invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 이산화티탄 분말의 제조방법은 (S1) 용매에 티타늄 이소프로폭사이드, 에르븀(III) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3) 및 카본 블랙을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (S2) 상기 혼합물에 물을 첨가하면서 교반하여 젤을 형성하는 단계; (S3) 상기 젤을 건조시켜 전구체를 제조하는 단계; 및 (S4) 상기 전구체를 열처리하는 단계를 포함한다. 이를 통해 제조된 이산화티탄 분말은 Er3+와 Yb3+가 도핑되며, 염료감응 태양전지의 산란층 제조에 사용되어 염료감응 태양전지의 광전환효율을 향상시킬 수 있다. As shown in FIG. 2, the method for preparing titanium dioxide powder of the present invention includes titanium isopropoxide, erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ) and ytterbium (III) nitrate (S1) in a solvent. Mixing Yb (NO 3 ) 3 ) and carbon black to prepare a mixture; (S2) stirring to add water to the mixture to form a gel; (S3) drying the gel to prepare a precursor; And (S4) heat treating the precursor. Titanium dioxide powder produced through this is doped with Er 3+ and Yb 3+ , it can be used in the production of the scattering layer of the dye-sensitized solar cell can improve the light conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell.

상기 용매는 예를 들어 아세트산 및 에탄올을 포함하는 혼합 용매가 사용될 수 있다. 상기 혼합 용매에서 아세트산 및 에탄올의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 각 첨가 물질의 용해도를 고려할 때 상기 혼합 용매 총 부피 기준으로 각각 1~20 부피%, 80~99 부피%인 것이 바람직하다.The solvent may be a mixed solvent including for example acetic acid and ethanol. The content of acetic acid and ethanol in the mixed solvent is not particularly limited, but considering the solubility of each additive material is preferably 1 to 20% by volume, 80 to 99% by volume based on the total volume of the mixed solvent.

상기 혼합물에서 각 첨가 물질의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 에르븀(III) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3)는 각각 티타늄 이소프로폭사이드 몰 수 기준으로 5 내지 20 몰%을 첨가하고, 카본 블랙은 티타늄 이소프로폭사이드 100 중량부 대비 10 내지 200 중량부 첨가할 때 가장 우수한 물성을 나타낸다.The content of each additive in the mixture is not particularly limited, but erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ) and ytterbium (III) nitrate (Yb (NO 3 ) 3 ) are titanium isopropoxide, respectively. 5 to 20 mol% is added based on the number of moles, and carbon black exhibits the best physical properties when 10 to 200 parts by weight is added to 100 parts by weight of titanium isopropoxide.

상기 카본 블랙으로는 예를 들어 아세틸렌 블랙, 퍼니스 블랙 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다. For example, any one or more selected from the group consisting of acetylene black, furnace black, and super P may be used as the carbon black.

상기 (S3) 단계에서 건조 온도는 100~130℃인 것이 바람직하다. 건조 온도가 상기 범위의 하한에 미달하는 경우 젤의 수분 제거가 용이하지 않고, 상기 상한을 초과하면 다루기가 어렵고 위험할 수 있으므로 바람직하지 못하다.The drying temperature in the step (S3) is preferably 100 ~ 130 ℃. If the drying temperature is less than the lower limit of the above range, it is not preferable because the gel is not easily removed, and if the drying temperature is exceeded, it is difficult to handle and dangerous.

상기 (S4) 단계에서 열처리 온도 600~800℃인 것이 바람직하다. 열처리 온도가 상기 범위의 하한에 미달하는 경우 입자의 크기가 지나치게 작아질 수 있고, 상기 상한을 초과하는 경우 결정성 입자가 지나치게 크게 형성되어 산란층으로서 제 기능을 발휘하기 어렵다.In the step (S4), the heat treatment temperature is preferably 600 to 800 ° C. When the heat treatment temperature falls below the lower limit of the above range, the size of the particles may be too small, and when the heat treatment temperature is exceeded, the crystalline particles may be excessively large and difficult to function as a scattering layer.

도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면도를 나타내었다. Figure 2 shows a cross-sectional view of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응 태양전지는 (A) 음전극(100), (B) 양전극(200), (C) 상기 음전극의 나노 산화물층의 상부에 형성되는 산란층(500) 및 (D) 상기 음전극 및 양전극 사이에 게재된 전해질(400)을 포함하여 이루어진다. As shown in Figure 2, the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention is formed on the (A) the negative electrode 100, (B) the positive electrode 200, (C) the nano oxide layer of the negative electrode Scattering layer 500 and (D) comprises an electrolyte 400 interposed between the negative electrode and the positive electrode.

(A) 음전극(100)은 투명기판(110); 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(120); 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 나노 산화물층을 포함한다.(A) The negative electrode 100 is a transparent substrate 110; A transparent conductive oxide layer 120 formed on the transparent substrate; And a nano oxide layer formed on the transparent conductive oxide layer and having a dye adsorbed thereon.

상기 투명기판(110)은 폴리에테르술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플라스틱재 또는 유리재일 수 있다. The transparent substrate 110 is polyethersulfone, polyacrylate, polyetherimide, polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate and cellulose acetate propio It may be a plastic material or a glass material containing at least one selected from the group consisting of nates.

상기 투명전도성 산화물층(120)은 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드(FTO) 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)로부터 형성된 층이다. The transparent conductive oxide layer 120 is a layer formed from fluorine-doped indium tin oxide (FTO) or indium tin oxide (ITO).

상기 나노 산화물층(130)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(SnO)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 조성물로부터 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 층이다. 나노 산화물층(130)은 두께가 5 내지 30 ㎛인 것이 바람직하다.The nano oxide layer 130 is formed from a composition containing at least one metal oxide selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ), and zinc oxide (SnO), in which dye is adsorbed. Layer. The nano oxide layer 130 preferably has a thickness of 5 to 30 μm.

상기 염료는 루테늄(Ru) 착물 또는 유기염료가 담지된 용액을 이용하여 흡착시킬 수 있다. 염료로는 루테늄 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 루테 늄 착물과, 이외에도 가시광 내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 특성 및 전자 방출을 효율적으로 할 수 있는 염료라면 어떠한 것이든 사용할 수 있음은 물론이다. 구체적으로, 로다민B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 염료; 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 염료; 페노사프라닌, 카브리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료; 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물; 기타 아조계 염료; 프탈로시아닌 화합물; 안트라퀴논계 염료; 또는 다환 퀴논계 염료 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. The dye may be adsorbed using a solution containing a ruthenium complex or an organic dye. Dyes include ruthenium complexes that can absorb visible light, including ruthenium complexes, as well as dyes that can improve long-wave absorption in visible light to improve efficiency and efficiently emit electrons. Of course. Specifically, xanthine-based dyes such as rhodamine B, rosebengal, eosin, erythrosin and the like; Cyanine-based dyes such as quinocyanine and cryptocyanine; Basic dyes such as phenosafranin, cabrioblue, thiocin and methylene blue; Porphyrin-based compounds such as chlorophyll, zinc porphyrin, and magnesium porphyrin; Other azo dyes; Phthalocyanine compounds; Anthraquinone dyes; Or polycyclic quinone dye etc. can be used individually or in mixture of 2 or more types.

(B) 양전극(200)은 투명기판(210); 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(220); 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성된 백금층(230)을 포함한다. (B) the positive electrode 200 is a transparent substrate 210; A transparent conductive oxide layer 220 formed on the transparent substrate; And a platinum layer 230 formed on the transparent conductive oxide layer.

상기 투명기판(210), 투명전도성 산화물층(220)은 상기 음전극에서 언급된 바와 동일하며, 상기 백금층(230)은 전해질의 환원 반응을 촉진시키는 역할을 하는 백금촉매로부터 형성된 층이다. The transparent substrate 210 and the transparent conductive oxide layer 220 are the same as those mentioned in the negative electrode, and the platinum layer 230 is a layer formed from a platinum catalyst which serves to promote a reduction reaction of the electrolyte.

(C) 상기 음전극의 나노 산화물층의 상부에 형성되는 산란층(500)은 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 포함하여 이루어진다. 산란층은 음전극을 투과한 빛을 반사하여 다시 음전극층으로 빛을 공급함으로써 태양전지의 효율을 증가시키는 층으로, 이산화티탄 분말에 Er3+와 Yb3+가 도핑됨으로써 비결정성 분말이 형성되고 분말 표면에 엠보싱 형태의 돌기가 형성되어 산란이 보다 효율적으로 이루어지므로 광전환효율을 향상시킬 수 있다. (C) The scattering layer 500 formed on the nano-oxide layer of the negative electrode includes titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ . The scattering layer is a layer that increases the efficiency of the solar cell by reflecting light transmitted through the negative electrode and supplying light back to the negative electrode layer.The amorphous powder is formed by doping the titanium dioxide powder with Er 3+ and Yb 3+. Embossed protrusions are formed on the surface, so that scattering is more efficiently performed, thereby improving light conversion efficiency.

(D) 전해질은 상기 음전극 및 양전극 사이에 개재되며, 액체 전해액, 무기 고체 전해질, 고분자 고체 전해질, 겔형 고분자 전해질 등이 제한 없이 사용될 수 있다. 대표적인 예로 요오드화물과 삼요오드화물의 쌍으로 이루어진 액체 전해질이 사용될 수 있다. (D) The electrolyte is interposed between the negative electrode and the positive electrode, and a liquid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a polymer solid electrolyte, a gel polymer electrolyte, and the like can be used without limitation. As a representative example, a liquid electrolyte composed of a pair of iodide and triiodide may be used.

이하, 본 발명의 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명한다. 다만, 이는 예시적인 것으로 본 발명의 염료감응 태양전지의 제조방법이 이하의 설명에만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described. However, this is merely an example and the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of the present invention is not limited only to the following description.

먼저, 음전극을 제조한다. First, a negative electrode is manufactured.

음전극을 제조하는 단계는, 투명기판을 준비하는 단계; 준비된 투명 기판의 상부에 투명전도성 산화물층을 형성하는 단계; 형성된 투명전도성 산화물층의 상부에 금속 산화물을 포함하는 조성물을 적용하여 나노 산화물층을 형성하는 단계; 및 형성된 나노 산화물층에 염료가 용해된 용액을 적용하여 염료를 흡착시키는 단계를 포함하여 이루어진다. The manufacturing of the negative electrode may include preparing a transparent substrate; Forming a transparent conductive oxide layer on the prepared transparent substrate; Forming a nano oxide layer by applying a composition including a metal oxide on top of the formed transparent conductive oxide layer; And adsorbing the dye by applying a solution in which the dye is dissolved in the formed nano oxide layer.

구체적으로, 먼저 투명기판을 준비한 후, 상기 투명기판의 상부에 투명전도성 산화물인 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 접착제를 이용하여 접착시키거나 또는 스퍼터링 방법으로 도막을 코팅하여 투명전도성 산화물층을 형성할 수 있다. 다음으로, 나노 산화물층을 형성하기 위하여 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(SnO)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상의 금속 산화물을 포함하는 코팅 조성물을 제조한 후, 상기 형성된 투명전도성 금속층의 상부에 코팅 조성물을 닥터블레이드 방법으로 도포하고, 400 내지 500 ℃의 온도에서 10 내지 60분 동안 열처리하여 두께가 5 내지 30 ㎛인 나노 산화물층을 형성할 수 있다. 이때, 나노 산화물층을 형성하는 단계를 1회 이상 더 반복하여 원하는 두께의 나노 산화물층을 형성할 수 있다. 그 다음으로, 상기 형성된 나노 산화물층의 금속 산화물에 염료를 흡착시키기 위하여 염료를 용매에 용해시켜 농도가 0.01 내지 5 μM인 염료 용액을 제조한 후, 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 5 내지 72시간 동안 담지시킨 후 건조하여 염료를 흡착시킬 수 있다. Specifically, first, after preparing a transparent substrate, indium tin oxide or indium tin oxide doped with a transparent conductive oxide, which is doped with a transparent conductive oxide, is coated on the top of the transparent substrate using an adhesive or coated by a sputtering method to form a transparent conductive oxide. A layer can be formed. Next, in order to form a nano oxide layer, after preparing a coating composition comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ) and zinc oxide (SnO), The coating composition may be applied to the upper portion of the formed transparent conductive metal layer by a doctor blade method, and thermally treated at a temperature of 400 to 500 ° C. for 10 to 60 minutes to form a nano oxide layer having a thickness of 5 to 30 μm. In this case, the step of forming the nano oxide layer may be repeated one or more times to form a nano oxide layer having a desired thickness. Next, in order to adsorb the dye to the metal oxide of the formed nano oxide layer, the dye is dissolved in a solvent to prepare a dye solution having a concentration of 0.01 to 5 μM, and then the substrate on which the nano oxide layer is formed is 5 to 5. The dye may be adsorbed by drying for 72 hours and then drying.

다음으로, 양전극을 제조한다. Next, a positive electrode is manufactured.

양전극을 제조하는 단계는, 투명기판을 준비하는 단계; 준비된 투명 기판의 상부에 투명전도성 산화물층을 형성하는 단계; 및 형성된 투명전도성 산화물층의 상부에 백금층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. The manufacturing of the positive electrode may include preparing a transparent substrate; Forming a transparent conductive oxide layer on the prepared transparent substrate; And forming a platinum layer on the formed transparent conductive oxide layer.

구체적으로, 먼저 투명기판을 준비한 후, 상기 투명기판의 상부에 투명전도성 산화물인 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 접착제를 이용하여 접착시키거나 또는 스퍼터링 방법으로 도막을 코팅하여 투명전도성 산화물층을 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 백금이 녹아있는 용액을 떨어뜨린 후, 400 내지 600 ℃에서 10 내지 60분 동안 열처리하여 백금층을 형성할 수 있다. 이때, 백금층은 스퍼터링 방법, 화학기상증착 방법, 증기증착 방법, 열산화 방법, 전기화학적 증착 방법 등을 사용하여 형성할 수도 있 다. Specifically, first, after preparing a transparent substrate, indium tin oxide or indium tin oxide doped with fluorine, which is a transparent conductive oxide, is adhered to the upper portion of the transparent substrate by using an adhesive or by coating a coating film by sputtering to form a transparent conductive oxide. A layer can be formed. Next, after the solution in which the platinum is dissolved on the upper portion of the transparent conductive oxide layer is dropped, the platinum layer may be formed by heat treatment at 400 to 600 ° C. for 10 to 60 minutes. In this case, the platinum layer may be formed using a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a vapor deposition method, a thermal oxidation method, an electrochemical deposition method.

다음으로, 상기 음전극의 나노 산화물층의 상부에 산란층을 형성한다. Next, a scattering layer is formed on the nano oxide layer of the negative electrode.

산란층을 형성하는 단계는 이산화티탄 분말을 제조하는 단계; 상기 이산화티탄 분말을 이용하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리를 음전극의 나노 산화물층 상부에 도포하는 단계를 포함한다. Forming the scattering layer comprises the steps of preparing titanium dioxide powder; Preparing a slurry using the titanium dioxide powder; And applying the slurry on top of the nano oxide layer of the negative electrode.

구체적으로, 앞서 설명한 바와 같은 방법으로 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 제조한다. 제조된 이산화티탄 분말에 에탄올 등의 용매를 첨가하고 초음파 처리하여 분산시킨다. 여기에 에틸셀룰로오스를 첨가하고 초음파 처리하여 분산시킨 후 터피놀을 첨가하고 용매를 증발시켜 산란층 형성을 위한 슬러리를 제조한다. 다음으로, 제조된 슬러리를 음전극의 나노 산화물층 상부에 닥터 블레이드법 등으로 도포하고 열처리하여 산란층을 형성할 수 있다. Specifically, a titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ is prepared in the same manner as described above. A solvent, such as ethanol, is added to the prepared titanium dioxide powder and dispersed by sonication. Ethyl cellulose was added thereto, sonicated and dispersed, terpinol was added, and the solvent was evaporated to prepare a slurry for forming a scattering layer. Next, the prepared slurry may be applied on the nano oxide layer of the negative electrode by a doctor blade method or the like and heat treated to form a scattering layer.

다음으로, 음전극과 양전극을 부착한다. Next, the negative electrode and the positive electrode are attached.

구체적으로, 음전극과 양전극의 전도성 표면이 안쪽으로 오도록 하여, 이들이 서로 대향되도록 부착한다. 음전극과 양전극 사이에 20 내지 100 ㎛ 두께의 열가소성 고분자층을 형성하고, 이를 이용하여 두 전극을 밀봉할 수 있다. 열가소성 고분자층으로는 예를 들어 SURLYN(Du Pont사 제조)이 사용될 수 있다.Specifically, the conductive surfaces of the negative electrode and the positive electrode are brought inward, and they are attached to face each other. A thermoplastic polymer layer having a thickness of 20 to 100 μm may be formed between the negative electrode and the positive electrode, and the two electrodes may be sealed using the thermoplastic polymer layer. As the thermoplastic polymer layer, for example, SURLYN (manufactured by Du Pont) may be used.

다음으로, 음전극과 양전극 사이에 전해질을 주입한다. Next, an electrolyte is injected between the negative electrode and the positive electrode.

전해질로는 액체 전해액, 무기 고체 전해질, 고분자 고체 전해질, 겔형 고분자 전해질 등이 제한 없이 사용될 수 있다. 대표적인 예로 요오드화물과 삼요오드 화물의 쌍으로 이루어진 액체 전해질이 사용될 수 있다. 전해질 주입 후에는 전해질 주입을 위해 형성한 미세 홀을 밀봉한다.As the electrolyte, a liquid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a polymer solid electrolyte, a gel polymer electrolyte, or the like may be used without limitation. As a representative example, a liquid electrolyte composed of a pair of iodide and triiodide may be used. After the electrolyte injection, the fine holes formed for the electrolyte injection are sealed.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely for exemplifying the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

2ml 아세트산에 16ml 에탄올과 3.4ml 티타니움 이소프로폭사이드를 혼합하고, 여기에 에르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3)를 각각 10mol%(티타늄 이소프로폭사이드 기준), 아세틸렌 블랙을 0.2g 첨가하여 혼합하였다. 이와 같이 제조된 혼합 용액을 교반하면서 1.0ml의 순수를 30 분간에 걸쳐 떨어뜨리면서 혼합하였다. 그 후, 이 혼합 용액을 120℃에서 진공건조시키고, 건조된 물질을 700℃의 온도에서 4시간 동안 열처리 하여 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 얻었다. 2 ml of acetic acid is mixed with 16 ml of ethanol and 3.4 ml of titanium isopropoxide, and erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ) and ytterbium (III) nitrate (Yb (NO 3 ) 3 ) are respectively added. 10 mol% (based on titanium isopropoxide) and 0.2 g of acetylene black were added and mixed. The mixed solution thus prepared was mixed while dropping 1.0 ml of pure water over 30 minutes while stirring. Thereafter, the mixed solution was vacuum dried at 120 ° C., and the dried material was heat-treated at a temperature of 700 ° C. for 4 hours to obtain titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ .

이어서 제조된 이산화티탄 분말을 이용하여 작업 전극에 도포하기 위한 슬러리를 제조하였다. 상기 분말 2.5g에 에탄올 50ml를 첨가하여 60분간 초음파 처리하여 분산시켰다. 여기에 에틸셀룰로오스 0.75g을 첨가한 후 35℃에서 60분간 초음파 처리하여 분산시킨 후 터피놀(Terpineol) 5ml 첨가 후 증발기에서 용매를 증발시켜 산란층 제조를 위한 슬러리를 얻었다.A slurry for application to the working electrode was then prepared using the prepared titanium dioxide powder. 50 ml of ethanol was added to 2.5 g of the powder, followed by ultrasonication for 60 minutes to disperse. 0.75 g of ethyl cellulose was added thereto, sonicated at 35 ° C. for 60 minutes to disperse, and 5 ml of terpineol was added, followed by evaporation of the solvent in an evaporator to obtain a slurry for preparing a scattering layer.

이와는 별도로 플루오린 틴 옥사이드(FTO)가 코팅되어 있는 투명 전도성 기판(TCO) 위에 이산화티탄 코팅용 슬러리를 닥터 블레이드법으로 코팅한 후 약 500℃의 온도에서 30분 동안 열처리하여 유기 고분자를 제외하고 나노 입자 산화물들간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 약 8미크론 두께의 이산화티탄층이 형성된 전도성 투명기판을 얻었다.Separately, the titanium dioxide coating slurry was coated on a transparent conductive substrate (TCO) coated with fluorine tin oxide (FTO) by a doctor blade method, followed by heat treatment at a temperature of about 500 ° C. for 30 minutes to exclude nano polymers. A conductive transparent substrate having a titanium dioxide layer having a thickness of about 8 microns was formed by contacting and filling particle oxides.

상기 이산화티탄층이 형성된 전도성 투명기판 위에 산란층으로 사용하기 위하여 제조한 슬러리를 닥터 블레이드법으로 코팅한 후 약 500℃의 온도에서 30분 동안 열처리하였다. 이렇게 형성된 전도성 투명 기판을 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 염료 용액에 24시간 동안 침지시켜 음전극 및 산란층을 제조하였다.The slurry prepared for use as a scattering layer on the conductive transparent substrate on which the titanium dioxide layer was formed was coated by a doctor blade method, and then heat-treated at a temperature of about 500 ° C. for 30 minutes. The conductive transparent substrate thus formed was immersed in a ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate dye solution having a concentration of 0.2 mM for 24 hours to prepare a negative electrode and a scattering layer.

이와는 별도로 플루오린 틴 옥사이드(FTO)가 코팅되어 있는 투명 전도성 기판(TCO) 위에 육염화백금산(H2PtCl6)이 녹아있는 2-프로판올 용액을 떨어뜨린 후 400℃에서 30분간 열처리하여 양전극을 제조하였다.Separately, a 2-propanol solution in which chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) is dissolved is dropped on a transparent conductive substrate (TCO) coated with fluorine tin oxide (FTO), followed by heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes to prepare a positive electrode. It was.

이어서 양전극과 음전극인 염료가 흡착된 이산화티탄층과 산란층이 코팅된 투명기판을 조립하였다. 양 전극을 조립할 경우에는 양전극 및 음전극에서 전도성 표면이 전지 내부로 오도록 하여 상기 고분자 전해질 코팅층과 염료가 흡착된 이산화티탄층이 서로 대향하도록 하였다. 이때 양극 및 음극 사이에 SURLYN(Du Pont사 제조)으로 이루어지는 약 60미크론 두께의 고분자를 액체 전해액을 주입할 수 있는 공간을 남겨 놓고 클립으로 고정하여 130℃ 오븐 안에 넣어 1~2분 동안 유지하여 두 전극을 밀착시켰다.Subsequently, a transparent substrate coated with a titanium dioxide layer and a scattering layer on which a dye, a positive electrode and a negative electrode, was adsorbed was assembled. When assembling the positive electrode, the conductive surface of the positive electrode and the negative electrode was brought into the battery so that the polymer electrolyte coating layer and the titanium dioxide layer on which the dye was adsorbed face each other. At this time, leave about 60 microns-thick polymer made of SURLYN (manufactured by Du Pont) between the anode and the cathode, and leave a space for injecting the liquid electrolyte, and fix it with a clip and put it in a 130 ℃ oven for 1 to 2 minutes. The electrode was brought into close contact.

이어서 전해질을 제조하였다. 0.1M LiI, 0.05M I2, 0.3M DMPII, 0.5M 2-(디메틸아미노)-피리딘, 0.5M 5-클로로-1-에틸-2-메틸이미다졸을 에틸렌카보네이트 3ml와 감마부티로락톤 7ml 혼합 용액에 첨가하여 액체 전해질을 제조하였다. 상기 조립된 양전극 사이에 액체 전해질을 주입하고 밀봉하여 염료감응형 태양전지를 완성하였다.An electrolyte was then prepared. 0.1M LiI, 0.05MI 2, 0.3M DMPII, 0.5M 2- (dimethylamino) -pyridine, 0.5M 5-chloro-1-ethyl-2-methylimidazole, 3 ml of ethylene carbonate and 7 ml of gamma butyrolactone The liquid electrolyte was prepared by addition to the solution. A liquid electrolyte was injected and sealed between the assembled positive electrodes to complete a dye-sensitized solar cell.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 산란층에 사용하기 위한 분말 제조 시 에르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적하는 산란층 슬러리를 제조하고 이를 이용하여 산란층을 코팅한 염료감응형 태양전지를 제조하였다.Except for the addition of erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ) and ytterbium (III) nitrate (Yb (NO 3 ) 3 ) when preparing the powder for use in the scattering layer in Example 1 The same process as in Example 1 to prepare a scattering layer slurry of interest and to prepare a dye-sensitized solar cell coated with the scattering layer.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서 음극 제조 시 플루오린 틴 옥사이드(FTO)가 코팅되어 있는 투명 전도성 기판(TCO) 위에 산란층 슬러리를 코팅하지 않고 이산화티탄층만 1번 코팅한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적하는 염 료감응형 태양전지를 완성하였다.Except that in Example 1, except that the titanium dioxide layer is coated only once without the scattering layer slurry on the transparent conductive substrate (TCO) is coated with fluorine tin oxide (FTO) in Example 1 The same process was performed to complete the desired dye-sensitized solar cell.

시험예Test Example

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 방법으로 광전압 및 광전류를 측정하여 광전기적 특성을 관찰하고, 이를 통하여 얻어진 전류밀도(Isc), 전압(Voc) 및 충진계수(fillfactor, ff)를 이용하여 광전환 효율(ηe)를 하기 수학식 1에 따라 계산하였다. In order to evaluate the light conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells prepared in Examples and Comparative Examples, the photovoltaic characteristics were measured by measuring the photovoltage and the photocurrent as follows, and the current density (Isc) and the voltage obtained therefrom were measured. Using the (Voc) and the fill factor (ff), the light conversion efficiency (ηe) was calculated according to the following equation (1).

이때, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양조건(AM 1.5)은 표준 태양전지를 사용하여 보정하였다. At this time, Xenon lamp (Oriel) was used as the light source, and the solar condition (AM 1.5) of the xenon lamp was corrected using a standard solar cell.

ηe = (Voc × Isc × ff) / (Pine)ηe = (Voc × Isc × ff) / (Pine)

상기 수학식 1에서, (Pine)는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다. In Equation 1, (Pine) represents 100 ㎽ / ㎠ (1 sun).

상기와 같이 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다. The values measured as above are shown in Table 1 below.

구 분division 전류 밀도(mA)Current density (mA) 전압(V)Voltage (V) 충진계수Fill factor 광전환 효율(%)Optical conversion efficiency (%) 실시예 1Example 1 18.918.9 0.7730.773 0.6150.615 8.988.98 비교예 1Comparative Example 1 18.418.4 0.7730.773 0.6140.614 8.728.72 비교예 2Comparative Example 2 17.117.1 0.7430.743 0.6130.613 7.807.80

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 이용하여 형성된 산란층을 포함하는 염료감응형 태양전지는 종래 사용되었던 Er3+와 Yb3+가 도핑되지 않은 이산화티탄 분말을 이용하여 산란층을 형성한 염료감응형 태양전지(비교예 1) 및 산란층을 형성하지 않는 연료감응형 태양전지(비교예 2)와 비교하여 전류밀도가 높아지고, 광전환효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전압에 있어서도 종래의 연료감응형 태양전지에 비해 향상되었음을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, the dye-sensitized solar cell including the scattering layer formed using the titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ of Example 1 according to the present invention is Er 3+ Compared with the dye-sensitized solar cell (Comparative Example 1) in which the scattering layer was formed using titanium dioxide powder which is not doped with Yb 3+ and the fuel-sensitized solar cell (Comparative Example 2) which did not form the scattering layer. It was confirmed that the density was higher and the light conversion efficiency was improved. In addition, it was confirmed that the voltage was also improved compared to the conventional fuel-sensitized solar cell.

도 4은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 이산화티탄 분말의 주사전자현미경 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 이산화티탄 분말의 X선 회절분석 패턴도이다. 도 4의 주사전자현미경 사진을 통하여 엠보싱 형태의 표면을 형성하는 분말이 합성되었음을 확인할 수 있었으며, 상기 X선 회절분석 패턴도를 통하여 비결정성 분말이 합성되었음을 확인할 수 있었다.4 is a scanning electron micrograph of the titanium dioxide powder prepared according to Example 1 of the present invention, Figure 5 is an X-ray diffraction pattern of the titanium dioxide powder prepared according to Example 1 of the present invention. The scanning electron microscope photograph of FIG. 4 showed that the powder forming the embossed surface was synthesized, and the amorphous powder was synthesized through the X-ray diffraction pattern.

도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a general dye-sensitized solar cell.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법의 공정 흐름도이다. 2 is a process flowchart of a method of preparing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 4은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 이산화티탄 분말의 주사전자현미경 사진이다. 4 is a scanning electron micrograph of the titanium dioxide powder prepared according to Example 1 of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 이산화티탄 분말의 X선 회절분석 패턴도이다. 5 is an X-ray diffraction pattern of the titanium dioxide powder prepared according to Example 1 of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 음전극 110, 210 : 투명기판 100: negative electrode 110, 210: transparent substrate

120, 220 : 투명전도성 산화물층 130 : 나노 산화물층 120, 220: transparent conductive oxide layer 130: nano oxide layer

200 : 양전극 230 : 백금층 200: positive electrode 230: platinum layer

300 : 전해질 400 : 열가소성 고분자층300: electrolyte 400: thermoplastic polymer layer

500 : 산란층500: scattering layer

Claims (12)

(S1) 용매에 티타늄 이소프로폭사이드, 에르븀(III) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3) 및 카본 블랙을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (S1) A mixture is prepared by mixing titanium isopropoxide, erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ), ytterbium (III) nitrate (Yb (NO 3 ) 3 ) and carbon black in a solvent. step; (S2) 상기 혼합물에 물을 첨가하면서 교반하여 젤을 형성하는 단계;(S2) stirring to add water to the mixture to form a gel; (S3) 상기 젤을 건조시켜 전구체를 제조하는 단계; 및(S3) drying the gel to prepare a precursor; And (S4) 상기 전구체를 열처리 단계를 포함하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. (S4) A method for preparing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ comprising the step of heat-treating the precursor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용매는 아세트산 및 에탄올을 포함하는 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. The solvent is a method of producing a titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ , characterized in that the mixed solvent containing acetic acid and ethanol. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 혼합 용매에서 아세트산 및 에탄올의 함량은 상기 혼합 용매 총 부피 기준으로 각각 1~20 부피%, 80~99 부피%인 것을 특징으로 하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. The content of acetic acid and ethanol in the mixed solvent is 1 to 20% by volume, 80 to 99% by volume based on the total volume of the mixed solvent, the method for producing the titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ , respectively . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (S4) 단계에서 열처리 온도 600~800℃인 것을 특징으로 하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. Method for producing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ , characterized in that the heat treatment temperature 600 ~ 800 ℃ in the step (S4). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (S3) 단계에서 건조 온도 100~130℃인 것을 특징으로 하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. Method for producing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ , characterized in that the drying temperature in the step (S3) 100 ~ 130 ℃. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 혼합물에는 상기 에르븀(III) 나이트레이트(Er(NO3)3)와 이테르븀(Ⅲ) 나이트레이트(Yb(NO3)3)가 각각 상기 티타늄 이소프로폭사이드 몰 수 기준으로 5~20 몰% 첨가되고, In the mixture, the erbium (III) nitrate (Er (NO 3 ) 3 ) and ytterbium (III) nitrate (Yb (NO 3 ) 3 ) are 5-20 mol% based on the number of moles of titanium isopropoxide, respectively. Added, 상기 카본 블랙은 상기 티타늄 이소프로폭사이드 100 중량부 대비 10~200 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. The carbon black is a method for producing titanium dioxide doped with Er 3+ and Yb 3+ , characterized in that 10 to 200 parts by weight relative to 100 parts by weight of the titanium isopropoxide. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카본 블랙은 아세틸렌 블랙, 퍼니스 블랙 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말의 제조방법. The carbon black is a method for producing titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ , characterized in that any one or more selected from the group consisting of acetylene black, furnace black and super P. (A) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 나노 산화물층을 포함하는 음전극; (A) a transparent substrate; A transparent conductive oxide layer formed on the transparent substrate; And a negative electrode formed on the transparent conductive oxide layer and including a nano oxide layer to which dye is adsorbed; (B) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성된 백금층을 포함하는 양전극; (B) a transparent substrate; A transparent conductive oxide layer formed on the transparent substrate; And a platinum layer formed on the transparent conductive oxide layer. (C) 상기 음전극의 나노 산화물층의 상부에 형성되며, Er3+와 Yb3+가 도핑된 이산화티탄 분말을 포함하여 이루어지는 산란층; 및(C) a scattering layer formed on the nano-oxide layer of the negative electrode, comprising a titanium dioxide powder doped with Er 3+ and Yb 3+ ; And (D) 상기 음전극 및 양전극 사이에 개재되는 전해질을 포함하여 이루어진 것 을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. (D) a dye-sensitized solar cell, comprising an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 음전극 및 양전극에 포함되는 투명전도성 산화물층은 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 포함하여 이루어진 층인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The transparent conductive oxide layer included in the negative electrode and the positive electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the layer comprising a fluorine-doped indium tin oxide or indium tin oxide. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 나노 산화물층은 이산화티탄, 이산화주석 및 산화아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어진 층인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The nano oxide layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the layer comprising one or more selected from the group consisting of titanium dioxide, tin dioxide and zinc oxide. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 나노 산화물층에 흡착된 염료는 루테늄 착물, 크산틴계 염료, 시아닌계 염료, 염기성 염료, 포르피린계 화합물, 아조계 염료, 프탈로시아닌 화합물, 안트라퀴논계 염료 및 다환 퀴논계 염료로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The dye adsorbed on the nano oxide layer is one selected from the group consisting of ruthenium complex, xanthine dye, cyanine dye, basic dye, porphyrin compound, azo dye, phthalocyanine compound, anthraquinone dye and polycyclic quinone dye. Dye-sensitized solar cell characterized by the above. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 전해질은 요오드화물과 삼요오화물의 쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The electrolyte is a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of a pair of iodide and triiode.
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