KR20130010160A - 나노구조체 어레이 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 - Google Patents
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Abstract
나노구조체 어레이 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지를 제공한다. 상기 나노구조체 어레이 기판은, 기판으로부터 수직 배향되고 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체를 포함하며, 상기 산화금속 나노구조체는 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브인 것을 특징으로 한다. 상기 나노구조체 어레이 기판의 제조방법은, 기판 상에 형성된 씨드층으로부터 수직 배향된 산화아연 나노로드를 형성하는 단계; 및 상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기판의 투명성 및 유연성 확보가 용이하며, 염료감응 태양전지의 광전극으로 사용하여 전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 나노구조체 어레이 기판, 그 제조방법 및 응용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화금속 나노구조체 어레이 기판, 그 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
나노로드(nanorod) 또는 나노와이어(nanowire)와 같은 나노크기의 1차원적 구조체는 그들 고유의 광학적, 전기적 특성으로 인해 다양한 전자소자 및 광소자로의 응용이 이루어지고 있다.
본 발명자들 중 일부 발명자들의 선행출원인 한국공개특허 제2010-0086592호에는 기판 상에 수직 배향되고, 서로 분리된 복수개의 산화아연 나노로드 및 그 제조방법에 대해 개시하고 있다. 이러한 산화아연 나노로드를 이용한다면 기판 상에 수직 배향을 가지며 잘 정렬된 나노구조체의 어레이를 형성할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 최근 환경 문제와 고유가 문제에 직면하여 청정 대체에너지 개발에 대한 관심이 높아지면서 태양전지 개발에도 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 염료감응 태양전지는 일반적으로 투명 전도성 기판과 다공성 산화물 나노입자에 흡착된 감광성 염료를 포함하는 광전극, 유기용매에 산화/환원을 담당하는 요오드 이온이 용해된 요오드계 전해질 및 백금 상대전극으로 구성된다. 이러한 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 소재의 가격이 저렴하고 공정 과정이 간단하다는 장점이 있으나, 광전변환효율이 낮아서 실제 사용에는 한계가 있는 상황이다.
이에, 염료감응 태양전지의 광전변환효율을 증가시키기 위하여, 태양광의 흡수를 증가시키거나, 염료의 흡착량을 높여 전자의 생성량을 늘리거나, 생성된 여기 전자가 전자-정공 재결합에 의해 소멸되는 것을 막거나, 생성된 전자의 이동성을 향상시키는 방법 등에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다.
이 중 한국공개특허 제2010-0137032호는 염료감응 태양전지의 광전극에 사용되는 타이타늄 산화물을 다공성 나노입자 형태가 아닌 나노브런치 형태로 구성함으로써 염료 흡착 면적 및 전자의 이동을 향상시키기 위한 방법을 제공하고 있다. 그러나, 이 경우 형성된 나노브런치는 기판 상에 수직 배향이 아닌 수평상으로 대부분 존재하며, 염료 흡착면 상에서 전극의 두께 증가를 야기하므로 기판의 투명도를 감소시키는 문제가 있다.
또한, 한국공개특허 제2010-0075032호는 자기 정렬된 타이타늄 나노튜브 제조방법을 개시하고 있으며, 한국공개특허 제2010-0121116호, 제2009-0022956호 및 제2009-0035343호에서는 타이타늄 나노튜브 및 이를 이용한 염료감응 태양전지를 개시하고 있다. 그러나, 상술한 선행기술들에서 개시된 타이타늄 나노튜브들은 모두 양극 산화에 의한 에칭법을 사용하여 제조되는 것으로서, 나노튜브라고 지칭된 타이타늄 구조체의 실질적인 형상은 타이타늄 기판에 실린더 형상의 다수의 홀이 형성된 다공성 구조로 파악하는 것이 타당하다. 즉, 선행기술들의 나노튜브들은 개개의 나노튜브들이 서로 분리된 구조로 배열되는 것이 아니라 필연적으로 나노튜브들의 측면이 서로 연결된 구조를 가진다. 이 경우, 염료가 흡착되는 타이타늄 산화물의 표면적을 획기적으로 증가시키기에는 한계가 있으며, 상기 방법으로 제조된 타이타늄 나노튜브를 염료감응 태양전지의 광전극에 적용하는 경우 전극의 투명성이 떨어지고 광흡수량이 감소되는 문제가 있다.
즉, 종래의 기술로는 태양전지의 광전변환 효율 향상에 한계가 있으며, 따라서 효율 향상을 위한 새로운 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다양한 전자소자 및 광소자에 응용 가능한 나노구조체 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 나노구조체 어레이 기판을 이용한 염료감응 태양전지를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 나노구조체 어레이 기판을 제공한다.
상기 나노구조체 어레이 기판은 기판으로부터 수직 배향되고 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체를 포함하며, 상기 산화금속 나노구조체는 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 나노구조체 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법의 일 실시예는, 기판 상에 산화아연 씨드층을 형성하는 단계; 상기 산화아연 씨드층 상에 상기 씨드층의 일부가 노출되도록 복수의 홀을 구비한 패턴층을 형성하는 단계; 상기 노출된 씨드층으로부터 수직 배향된 산화아연 나노로드를 형성하는 단계; 상기 패턴층을 제거하는 단계; 및 상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제조방법의 다른 실시예는, 기판 상에 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층을 형성하는 단계; 상기 씨드층으로부터 수직 배향된 산화아연 나노로드를 형성하는 단계; 및 상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 나노구조체 어레이 기판의 제조방법은 상기 코어/쉘 구조의 나노로드를 형성한 후에, 상기 산화타이타늄 쉘의 상단 및 상기 산화아연 코어를 식각하여 산화타이타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 염료감응 태양전지를 제공한다.
상기 염료감응 태양전지는 대향 배치되는 광전극과 상대전극, 및 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재된 전해질을 포함하며,
상기 광전극은 투명 전도성 기판; 상기 기판으로부터 수직 배향되고, 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체; 및 상기 산화금속 나노구조체에 흡착된 염료를 포함하고, 상기 산화금속 나노구조체는 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 염료감응 태양전지용 광전극의 제조방법을 제공한다.
상기 광전극 제조방법은 상술한 나노구조체 어레이 기판의 제조방법에 따라 나노구조체 어레이 기판을 제조한 후, 상기 나노구조체 어레이 기판에 포함된 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브에 염료를 흡착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 나노구조체들이 기판 상에 수직한 방향으로 서로 분리되어 위치하므로 기판의 투명성을 확보하기가 용이하다. 또한, 기판을 구부리더라도 나노구조체들이 서로 부딪쳐 부서질 확률이 적기 때문에 가요성 기판의 사용이 용이하며, 소자의 유연성을 효과적으로 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 나노구조체 어레이 기판이 적용된 염료감응 태양전지의 경우, 종래의 염료감응 태양전지의 광전극에서 사용되는 산화타이타늄 입자로 구성된 다공성 층에 비해 전자의 이동 경로를 단축시킬 수 있다. 특히, 상기 나노구조체로서 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 사용하는 경우, 염료의 광 흡수에 의해 생성된 전자가 산화타이타늄 쉘의 전도대 및 산화아연 코어의 전도대를 경유해 음극으로 용이하게 수집될 수 있다.
또한, 상기 나노구조체로서 산화타이타늄 나노튜브를 사용하는 경우, 상기 나노튜브의 외주면 및 내주면에 모두 염료가 흡착될 수 있으므로 높은 염료 흡착량을 구현할 수 있으며, 염료감응 태양전지의 개방회로 전압 및 광전류의 증가에 의해 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조체 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 사시도들 및 단면도이다.
도 7 내지 9는 기판 상에 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층을 형성하는 과정의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 구부린 상태를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극에서 전자의 전달 경로를 보여주는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실험예 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브의 XRD 패턴이다.
도 14는 본 발명의 실험예에 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브 어레이의 SEM 이미지이다.
도 7 내지 9는 기판 상에 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층을 형성하는 과정의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 구부린 상태를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극에서 전자의 전달 경로를 보여주는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실험예 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브의 XRD 패턴이다.
도 14는 본 발명의 실험예에 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브 어레이의 SEM 이미지이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
<실시예 1: 나노구조체 어레이 기판의 제조>
코어/쉘 구조의
나노로드
어레이 기판의 제조
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노구조체 어레이 기판의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 기판 상에 산화아연 씨드층을 형성하는 단계; 상기 산화아연 씨드층 상에 상기 씨드층의 일부가 노출되도록 복수의 홀을 구비한 패턴층을 형성하는 단계; 상기 노출된 씨드층으로부터 수직 배향된 복수개의 산화아연 나노로드를 형성하는 단계; 상기 패턴층을 제거하는 단계; 및 상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1 내지 6은 본 실시예에 따른 나노구조체 어레이 기판(100)의 제조방법을 설명하기 위한 사시도들(도 1~4 및 도 6) 및 단면도(도 5)이다.
도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 산화아연 씨드층(120)을 형성한다.
상기 기판(110)은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 그 위에 나노구조체 어레이를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 무기물, 유기물, 또는 이들이 동종 또는 이종으로 2 이상 적층된 구조의 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 유리 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 금속 기판, 금속산화물(ITO, FTO, ZnO 등) 기판, GaN 기판, SiC 기판, GaAs 기판, InP 기판, AlN 기판, PET(polyethylene terephthalate) 기판, PC(polycarbonate) 기판, PES(polyether sulfone) 기판, PI(polyimide) 기판, 폴리노르보넨(Polynorbonene) 기판, PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판 또는 이들이 2 이상 적층된 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 그것이 적용되는 소자의 종류 및 소자 내에서의 역할에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
상기 산화아연 씨드층(120)은 일정 크기의 산화아연 입자가 도포된 층으로서 다양한 방법을 통해 형성할 수 있다.
일 예로, 상기 산화아연 씨드층(120)은 졸겔법을 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우 아연염을 함유하는 졸 전구체 용액을 가열하여 졸 상태로 만든 후, 상기 졸에 계면활성제를 투여하여 씨드층 형성 용액을 제조한다. 그 다음, 상기 씨드층 형성 용액을 기판(110) 상에 코팅하고 가열하여 겔화시킴으로써 씨드층(120)을 형성할 수 있다. 상기 씨드층 형성 용액의 코팅은 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이드, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅 등 공지된 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 아연염은 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Zinc nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)일 수 있으며, 상기 용매는 에탄올과 같은 극성용매일 수 있다. 상기 계면활성제는 졸 상태에서 반응 속도 감소 및 점도 증가를 위해 첨가되는 물질로서, Triton x-100 같은 PEG(polyethylene glycol)계 계면활성제 또는 HPC(Hydroxypropyl Cellulose) 등 일 수 있다.
겔 상태의 씨드층(120)은 C축 방향의 배향성을 가진다. 즉, 졸 상태로의 진입시 형성된 산화아연 입자들은 기판(110) 상에 코팅된 이후의 가열과정에서 C축 방향으로 성장하는 결정성을 나타낸다. 이는 산화아연 결정구조가 가지는 고유한 특성에 따른 현상이다. 즉, 산화아연 결정은 [0001] 방향으로 높은 성장성을 가지며, 측면 방향으로는 낮은 성장성을 가진다. 또한, [0001] 면에서는 ZnO의 분극이 나타나고, 측면에서는 분극현상이 나타나지 않는다. 따라서, 상기 씨드층 형성 용액의 코팅 이후의 열처리 공정에서 씨드층(120)은 하부 기판(110)에 수직한 방향으로 성장되는 결정성을 가진다.
다른 예로, 상기 산화아연 씨드층(120)은 수열합성법을 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 아연이온 공여체, 수산화이온 공여체 및 용매를 포함하는 씨드 배양 용액을 사용하여 상기 씨드층(120)을 형성한다.
상기 아연이온 공여체는 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Znic nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)와 같은 아연염을 포함할 수 있다. 상기 수산화이온 공여체는 NaOH, Na2CO3, LiOH, H2O2, KOH, HMTA(hexamethylenetetramine) 또는 NH4OH를 포함할 수 있다. 상기 용매는 극성용매인 것이 바람직하며, 물, 알코올 또는 유기용매를 함유할 수 있다. 바람직하게는 상기 극성용매는 물과 알코올을 모두 함유할 수 있다.
상기 수열합성법에 의한 산화아연 입자의 형성 반응은 하기 반응식 1 내지 4와 같이 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
Zn2 + + 2OH- -> ZnO + H2O
[반응식 2]
Zn2 + + 2OH- <-> Zn(OH)2
[반응식 3]
Zn(OH)2 + 2OH- -> Zn(OH)4 2-
[반응식 4]
Zn(OH)4 2- -> ZnO + H2O + 2OH-
상기 아연이온 공여체로부터 공급된 Zn2 +와 수산화이온 공여체로부터 공급된 OH-가 반응하여 ZnO를 형성하거나(반응식 1), 중간체인 Zn(OH)2를 형성한다(반응식 2). 또한, 중간체 Zn(OH)2는 OH-와 반응하여 산화아연 성장인자인 Zn(OH)4 2-를 형성한 후(반응식 3), 최종적으로 ZnO를 형성한다(반응식 4).
또한, 산화아연 입자의 크기를 조절하기 위해서 산화아연 입자가 형성된 시드 배양 용액에 과성장억제제가 첨가될 수 있다. 상기 과성장억제제로는 양이온 폴리머가 바람직하다. 구체적으로 양이온 폴리머는 아민기를 포함하며, 극성 용매 내에서 우수한 용해도를 가지는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine:PEI)계일 수 있다. 산화아연 성장인자 Zn(OH)4 2-는 양이온 폴리머의 양이온에 결합되어 산화아연의 성장에 참여하는 것을 방해한다. 따라서, 과성장억제제를 통해 산화아연 입자의 크기를 조절할 수 있다.
계속해서 형성된 산화아연 입자들을 분리하고, 분리된 산화아연 입자들을 용매에 분산한 후, 스핀코팅 등의 용액공정을 통해 상기 씨드층(120)을 형성한다.
또한, 상술한 방법 이외에도 증발법, MOCVD법, 스퍼터링법 등 다양한 물리적 또는 화학적 증착법을 통해 상기 씨드층(120)을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 산화아연 씨드층(120)을 형성한 후, 상기 씨드층(120) 상에 복수의 홀(h)을 구비한 패턴층(130)을 형성한다. 상기 패턴층(130)은 일 예로, 포토레지스트 패턴일 수 있다. 이 경우, 상기 씨드층(120) 상에 포토레지스트층을 형성한 후, 레이저 간섭 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 자외선 리소그래피, 홀로그래픽 리소그래피 또는 액침 리소그래피 등의 패터닝 기술을 이용하여 다양한 크기의 홀 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 패턴층(130)에 형성된 홀(h)을 통해 씨드층(120)의 일부가 노출되게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 패턴층(130)에 형성된 홀(h) 내부로부터 결정성 산화아연 나노로드(140)를 성장시킨다. 즉, 상기 패턴층(130)에 형성된 홀(h)을 통해 노출된 씨드층(120)으로부터 산화아연 나노로드(140)가 형성된다. 이때, 상기 패턴층(130)에 의해 폐색된 씨드층(120)에서는 결정의 성장이 진행되지 않으며, 상기 패턴층(130)에 의해 개방되는 홀(h) 영역에서 결정이 성장되므로 홀 패턴을 따라 상호간에 분리된 산화아연 나노로드(140)가 형성된다.
상기 산화아연 나노로드(140)는 상기 씨드층(120)으로부터 결정성의 확장을 통해 성장되며 기판(110)으로부터 수직 배향을 갖도록 성장된다.
상기 산화아연 나노로드(140)는 아연이온 공여체, 수산화이온 공여체 및 과성장억제제를 포함하는 배양 용액을 사용한 수열합성법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 상기 과성장억제제는 필요에 따라 생략될 수 있다.
상기 아연이온 공여체, 상기 수산화이온 공여체 및 상기 과성장억제제는 상기 씨드층(120) 형성 과정에서 상술한 바와 같다. 일 예로, 상기 아연이온 공여체로 아연 나이트레이트를 사용하고, 상기 수산화이온 공여체로 HTMA(C6H12N4)를 사용하는 경우 하기의 반응식 5 내지 10에 의해 산화아연 나노로드(140)가 형성될 수 있다.
[반응식 5]
C6H12N4 + 6H2O <-> 6CH2O + 4NH3
[반응식 6]
NH3 + H2O <-> NH4 + + OH-
[반응식 7]
Zn(NO3)2 -> Zn2 + + 2NO3 -
상기 HTMA(C6H12N4)는 반응식들 5 및 6에 의해 NH4 +와 OH-를 제공하고, Zn(NO3)2는 반응식 7에 의해 아연이온을 제공한다.
상기 반응식들 5 내지 7로부터 생성된 NH3, OH- 및 Zn2 +는 하기 반응식들 8 및 9에 의해 산화아연 나노로드(140)의 성장인자인 Zn(NH3)4 2+ 및 Zn(OH)4 2-를 생성할 수 있다.
[반응식 8]
Zn2 + + 4NH3 -> Zn(NH3)4 2+
[반응식 9]
Zn2 + + 4OH- -> Zn(OH)4 2-
상기 반응식 8에 의해 생성된 Zn(NH3)4 2+는 반응인자인 OH-와 하기 반응식 10에 의해 결정성의 산화아연 나노로드(140)을 생성할 수 있으며, 상기 반응식 9에 의해 생성된 Zn(OH)4 2-는 하기 반응식 11에 의해 결정성의 산화아연 나노로드(140)를 생성할 수 있다.
[반응식 10]
Zn(NH3)4 2+ + 2OH- -> ZnO + 4NH3 +H2O
[반응식 11]
Zn(OH)4 2- -> ZnO + H2O + 2OH-
이때, 상기 배양 용액 내에 과성장억제제인 양이온성 폴리머를 첨가하는 경우, 상기 양이온성 폴리머는 상기 성장인자들 중 하나인 Zn(OH)4 2-를 흡착하여 Zn(OH)4 2-가 산화아연 나노로드(140)의 성장에 참여하지 못하도록 한다. 상기 Zn(OH)4 2-는 산화아연을 벌어진 막대 다발의 형태로 성장시키는 인자로 알려져 있다.
따라서, 상기 양이온성 폴리머가 상기 Zn(OH)4 2-를 산화아연 입자의 성장에 참여하지 못하게 방해함으로써, 산화아연이 벌어진 막대 다발의 형태로 성장하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 양이온성 폴리머는 Zn(OH)4 2-를 흡착할 뿐 아니라, 기 형성된 산화아연 결정구조의 측면에 노출된 음이온성 O2 -와의 상호 작용에 의해 측면의 성장을 방해할 수 있다. 즉, 양이온성 폴리머는 산화아연 나노로드의 주변에 쌓이게 되고 이에 따라 산화아연 나노로드의 측면 성장을 제한하는 역할을 수행할 수 있다. 그 결과, 산화아연 나노로드(140)는 C축 방향으로 성장하는 것이 우세해질 수 있으며, 기판(110) 상에 보다 실질적으로 수직 배향될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 패턴층(130)을 제거한 후, 산화아연 나노로드(140) 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여, 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드(150)를 형성한다. 도 5는 도 4에서 도시된 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드(150)의 종단면도이다. 도 5를 참조하면, 산화아연 코어(140)의 둘러싸도록 산화타이타늄 쉘(145)이 형성됨을 알 수 있다.
상기 패턴층(130)은 다양한 식각 방법에 의해 제거될 수 있으며, 예를 들어 O2 플라즈마를 이용한 건식 식각을 이용할 수 있다.
한편, 도 4에서는 패턴층(130)만이 제거된 구조를 도시하였으나, 산화아연 나노로드(140)의 형성 후, 패턴층(130)의 하부에 위치한 산화아연 씨드층(120)도 필요에 따라 선택적으로 제거될 수 있다. 상기 산화아연 씨드층(120)의 다양한 식각 방법에 의해 제거될 수 있으며, 예를 들어, Ar 플라즈마를 이용한 건식 식각을 이용할 수 있다.
상기 산화타이타늄 졸은 타이타늄 알콕사이드 및 알코올과 같은 유기용매를 포함한다. 예를 들어, 상기 타이타늄 알콕사이드는 타이타늄 부톡사이드일 수 있고, 상기 알코올은 아이소프로필알코올(IPA)일 수 있다.
상기 산화타이타늄 졸은 타이타늄 알콕사이드 및 유기용매를 포함하는 용액을 적절한 온도로 열처리하여 형성할 수 있으며, 졸 용액의 점도를 조절하기 위해 알코올, 클로로포름, 클로로벤젠, 다이플로로벤젠, THF, 자일렌, DMF, DMSO 또는 톨루엔과 같은 분산액을 더 첨가할 수 있다.
상기 산화타이타늄 졸은 다양한 코팅법에 의해 상기 산화아연 나노로드(140)에 코팅될 수 있다. 바람직하게는 상기 산화타이타늄 졸의 액적(droplet)을 상기 산화아연 나노로드(140) 상에 점적하는 드롭 캐스팅(drop casting)법을 사용할 수 있다.
이 후, 상기 산화타이타늄 졸을 소결하는 과정을 통해 상기 산화아연 나노로드(140)를 둘러싸는 형상으로 산화타이타늄의 쉘(145)이 형성된다. 즉, 상기 산화아연 나노로드(140)를 주형으로 하여 산화타이타늄 쉘(145)이 형성되며, 이 경우 상기 산화아연 나노로드(130)는 뚜렷한 결정성을 가지므로, 상기 산화아연 나노로드(140)의 결정성으로 인해 상기 산화타이타늄 졸은 소결 과정에서 안정성이 뛰어난 아나타제(anatase) 형으로 형성된다.
한편, 상기 산화아연 나노로드(140) 상에 산화타이타늄 졸을 코팅하기 전에, 상기 산화아연 나노로드(140)의 상단을 음이온성 유기물로 캡핑하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이 경우, 후술하는 바와 같이 산화타이타늄 나노튜브를 형성하는 과정에서 상기 산화아연 나노로드(140)의 상단에 위치하는 산화타이타늄 부분을 용이하게 식각할 수 있는 장점이 있다. 상기 음이온성 유기물은 예를 들어, 시트레이트 이온(citrate ion)일 수 있으며, 상기 산화아연 나노로드(140)가 형성된 기판(100)을 시트르산 나트륨(sodium citrate) 용액에 침지하여 상기 산화아연 나노로드(140)의 상단을 화학적으로 캡핑할 수 있다.
나노튜브 어레이 기판의 제조
또한, 본 실시예에 따른 나노구조체 어레이 기판 제조방법은, 상술한 방법에 의해 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 포함하는 나노구조체 어레이 기판을 제조한 후, 상기 산화타이타늄 쉘의 상단 및 상기 산화아연 코어를 식각하는 단계를 수행하여 산화타이타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 6은 기판 상에 수직 배향된 산화타이타늄 나노튜브를 나타낸 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 산화타이타늄 나노튜브(160)는 도 4에서 도시된 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드(150)에서 상기 산화타이타늄 쉘의 상단 및 상기 산화아연 코어를 식각하여 형성할 수 있다.
상기 산화타이타늄 쉘의 상단을 식각하는 단계는 플라즈마를 이용한 건식 식각법에 의해 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 코어/쉘 구조의 나노로드(160)가 배열된 기판(110)을 플라즈마 챔버에 넣고 Ar 플라즈마를 조사하여 상기 산화타이타늄 쉘의 상단을 식각할 수 있다. 한편, 산화타이타늄 졸의 코팅 및 소결에 과정에서 산화아연 나노로드를 둘러싸는 산화타이타늄 쉘 뿐만 아니라 기판(110)(또는 씨드층(120)이 제거되지 않는 경우에는 씨드층(120)) 상에 산화타이타늄 층이 적층될 수도 있다. 이러한 산화타이타늄 층은 최종적으로 제조되는 나노구조체 어레이 기판이 응용되는 구체적인 소자에 따라 선택적으로 제거되거나 남아 있을 수 있다. 상기 산화타이타늄 층의 제거는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있으며, 상술한 바와 같이 산화타이타늄 쉘의 상단을 Ar 플라즈마를 이용하여 식각하는 경우에는 기판(110)에 수직으로 조사되는 Ar 플라즈마에 의해 상기 산화타이타늄 층도 동시에 식각되어 제거될 수 있다.
또한, 상기 산화아연 코어를 식각하는 단계는 습식 식각법에 의해 수행할 수 있다. 산화아연은 산, 알칼리 또는 염화 이온에 의한 용해 메커니즘에 의해 제거될 수 있다. 특히, 산 용액에서 발생하는 수소 이온은 가장 작은 이온 반지름을 가지므로 산화타이타늄 쉘의 결정격자 사이를 용이하게 침투할 수 있으며, 산화타이타늄은 내산성도 강한 특징이 있다. 따라서, HCl과 같은 산 용액을 사용하는 경우 산화타이타늄 쉘의 손상 없이 산화아연 코어를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 산화타이타늄 졸을 코팅하기 전에 상기 산화아연 나노로드의 상단을 음이온성 유기물로 캡핑한다면, 상기 산화타이타늄 쉘의 상단을 용이하게 식각할 수 있으므로 보다 온화한 조건으로 산화타이타늄 나노튜브를 형성할 수 있을 것이다.
<실시예 2: 나노구조체 어레이 기판의 제조>
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노구조체 어레이 기판은, 기판 상에 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층을 형성하는 단계; 상기 씨드층으로부터 수직 배향된 복수개의 산화아연 나노로드를 형성하는 단계; 및 상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따르면 상기 산화아연 씨드층은, 상기 실시예 1에서와는 달리, 씨드층 자체가 도트(dot)형으로 패턴화된 구조이다. 여기서, 도트형으로 패턴화된 구조란 씨드층이 기판 상에 서로 소정의 간격으로 이격된 복수의 점 형상으로 형성된 구조를 의미한다. 상기 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 7 내지 9는 기판 상에 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층을 형성하는 과정의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 도트형으로 패턴화된 스탬프(300) 상에 소수성 자기조립층(320) 및 아연층(330)을 순차적으로 형성한다. 다만, 상기 소수성 자기조립층(320)은 경우에 따라 생략될 수 있다.
상기 스탬프(300)는 도트 패턴(310)을 형성할 수 있는 재질이라면 특별히 한정되지 않으며, 유리, 실리콘, 금속 또는 폴리머로 이루어질 수 있다. 상기 도트 패턴(310)은 통상의 공지된 리소그래피법에 의해 상기 스탬프 상에 형성될 수 있다.
상기 소수성 자기조립층(320)은 상기 스탬프(300)의 표면 에너지를 조절하여 상기 스탬프(300)와 상기 아연층(330) 사이의 결합력을 약하게 하는 역할을 한다. 상기 소수성 자기조립층(320)은 불화계 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane)를 포함할 수 있다.
상기 소수성 자기조립층(320)은 기상증착법 또는 디핑(dipping)법으로 형성할 수 있으며, 상기 아연층(330)은 물리적 기상 증착법 또는 화학적 기상 증착법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 스탬핑법을 실시하여 상기 아연층(330)을 기판(210) 상에 전사시킨다. 상기 기판(210)은 실시예 1에서 설명한 바와 같다.
상기 스탬핑법은 상기 스탬프(300)의 아연층(330)을 상기 기판(210)에 대향 배치하고 가압함으로써, 상기 아연층(330)의 일부, 보다 구체적으로는 상기 스탬프(330)의 도트 패턴(310)의 상부에 위치한 아연층(330)을 상기 기판(210) 상에 전사시키는 방법이다. 상기 가압 과정은 상기 아연층(330)의 전사가 용이하도록 적절한 온도 조건에서 수행할 수 있다.
상기 스탬핑법을 실시한 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210) 상에는 도토형으로 패턴화된 아연층(332)이 형성된다.
그 다음, 상기 기판(210) 상에 형성된 아연층(332)을 산화하여 도 9에 도시된 바와 같이, 최종적으로 산화아연 씨드층(220)을 형성한다.
상기 산화아연 씨드층(220)을 형성하는 방법은 상기 아연층(332)이 형성된 기판(210)을 수산화이온 공여체를 함유하는 극성 용매에 침지함으로써 수행될 수 있다. 상기 수산화이온은 공여체는 NH4OH, KOH, LiOH 및 NaOH 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 아연층(332)은 상기 수산화이온 공여체를 함유하는 극성 용매 내에서 수산화이온(OH-)으로부터 산소를 공급받아 산화됨으로써 산화아연 씨드층(220)을 형성하게 된다.
이어서, 수열합성법을 이용하여 상기 산화아연 씨드층(220)으로부터 산화아연 나노로드를 수직 성장시킬 수 있으며, 상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성할 수 있다.
또한, 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성한 후, 상기 산화타이타늄 쉘의 상단 및 상기 산화아연 코어을 식각하는 단계를 더 수행하여 산화타이타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 산화아연 나노로드의 성장, 산화타이타늄 쉘의 형성 및 식각에 의한 산화타이타늄 나노튜브의 형성 방법들은 상기 실시예 1에서 설명한 방법들을 참조하기로 한다.
상술한 바와 같이, 상기 실시예 1 및 2에 의해 제조된 나노구조체 어레이 기판은 결과적으로 기판으로부터 수직 배향되고, 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체를 포함하게 된다. 이때, 상기 산화금속 나노구조체는 상술한 바와 같이, 산화아연 및 산화타이타늄의 코어/쉘 구조로 이루어진 나노로드이거나, 상기 코어 전체 및 상기 쉘의 상단을 식각하여 형성된 산화타이타늄 나노튜브이다.
이러한, 상기 나노구조체 어레이 기판은 상기 나노로드 또는 나노튜브 어레이가 갖는 결정성, 수직 배향성, 넓은 비표면적 및 우수한 전자 수송성을 바탕으로 다양한 전자소자 및 광소자에 응용될 수 있다.
<실시예 3: 나노구조체 어레이 기판의 염료감응 태양전지에의 응용>
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10을 참조하면, 염료감응 태양전지는 대향 배치되는 광전극(400)과 상대전극(500), 및 상기 광전극(400)과 상기 상대전극(500) 사이에 개재된 전해질(600)을 포함한다.
상기 광전극(400)은, 투명 전도성 기판(410); 상기 기판(410)으로부터 수직 배향되고, 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체(420); 및 상기 산화금속 나노구조체(420)에 흡착된 염료(430)를 포함하고, 상기 산화금속 나노구조체는 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브인 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전도성 기판(410)은 상기 실시예 1에서 설명한 기판일 수 있다. 상기 투명 전도성 기판(410)은 염료감응 태양전지의 구동 시 염료(430)의 광 흡수에 의해 형성된 전자를 상기 산화금속 나노구조체(420)로부터 전달받아 외부 회로에 공급하는 음극의 역할을 수행할 수 있다.
상기 염료(430)는 광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 형성하는 물질로서, 루테늄계 염료, 고분자 염료 또는 양자점을 이용한 염료 등 통상의 공지된 물질을 포함할 수 있다.
상기 상대전극(500)은 상기 실시예 1에서 설명한 기판 상에 백금, 활성탄소 또는 카본나노튜브 등을 코팅하여 형성된 전극일 수 있으며, 예를 들어 백금이 코팅된 FTO 기판일 수 있다.
상기 전해질(600)은 I-/I3 -의 산화환원 종과 액체 또는 고분자 매질을 포함하며, 염료감응 태양전지에서 사용되는 통상의 공지된 전해질을 사용할 수 있다.
특히, 상기 광전극(400)은 상술한 실시예 1 또는 2에 따라 나노구조체 어레이 기판을 제조한 후, 상기 나노구조체 어레이 기판에 포함된 산화금속 나노구조체인 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브에 염료를 흡착하여 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 경우, 광전극(400)에 포함된 나노구조체(420)가 기판(410) 상에 수직한 방향으로 서로 분리되어 위치한다. 따라서, 기판의 투명성을 확보하기가 용이하다. 또한, 플라스틱과 같은 가요성 기판을 사용하는 경우, 도 11과 같이 기판을 구부리더라도 상기 나노구조체(420)들이 서로 부딪쳐 부서지는 것을 방지할 수 있으며, 기판의 유연성을 효과적으로 확보할 수 있다.
또한, 염료감응 태양전지의 광전극(400)에 포함된 나노구조체(420)에 의해 높은 전자 이동도를 가질 수 있다. 즉, 종래의 염료감응 태양전지의 광전극에서 사용되는 산화타이타늄 입자로 구성된 다공성 층에 비해 전자의 이동 경로를 단축시킬 수 있다. 특히, 상기 나노구조체(420)로서 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 사용하는 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 염료의 광 흡수에 의해 생성된 전자가 적절한 에너지 준위를 형성하고 있는 산화타이타늄 쉘(TiO2 Shell)의 전도대 및 산화아연 코어(ZnO Core)의 전도대로 순차 이동하여 음극으로 용이하게 수집될 수 있다.
또한, 상기 나노구조체(420)로서 산화타이타늄 나노튜브를 사용하는 경우, 상기 나노튜브의 외주면 및 내주면에 모두 염료(430)가 흡착될 수 있으므로 높은 염료 흡착량을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예>
1) 환류 응축기가 장착된 둥근-바닥 플라스크에서 무수 아연 아세테이트 및 모노에탄올아민(12mmol, 등몰비)을 60℃에서 30분 동안 n-프로판올 40 ml에 녹였다. 실온으로 식힌 후, 반응 속도 감소 및 점도 증가를 위해 등몰비의 Triton X-100을 아연 아세테이트 졸에 첨가하였다. 점성이 있는 아연 아세테이트 졸을 충분히 교반한 후에, 오염물을 제거하기 위해 상기 졸을 0.45 ㎛ ADVANTEC 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터(친수성)로 여과하고 실온에서 하루 동안 저장하여 씨드층 형성 용액을 제조하였다. 그 다음, 상기 씨드층 형성 용액을 기판 상에 스핀코팅하고 열처리하여 산화아연 씨드층을 형성하였다.
2) 네거티브 톤 포토레지스트(AZ nLOF 2020, AZ electronic materials)을 희석제(AZ 1500 thinner, AZ electronic materials)에 1:1.75의 부피비로 희석하고, 상기 씨드층에 6000 rpm으로 40초 동안 450 nm 두께로 스핀코팅한 후, 110℃에서 1분 동안 소프트-베이킹 처리를 하였다. 이어서, 레이저 간섭 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트를 노광시키고, 115℃에서 1분 동안 하드-베이킹 처리를 한 후에 비-노광 영역을 제거하여 상기 포토레지스트에 주기적인 홀 패턴을 형성하였다.
3) 아연 나이트레이트 헥사하이드레이트, 헥사메틸렌테트라민, 폴리에틸렌이민 및 탈이온수를 사용하여 산화아연 나노로드의 배양 용액을 제조하고, 상기 배양 용액을 격렬히 교반하고 초음파 처리하였다. 산화아연 입자의 과성장을 방지하기 위해 상기 배양 용액은 냉장고에서 4℃ 이하로 보관하였다. 상기 2)에서 제조된 기판을 배양 용액으로 92℃에서 6시간 동안 배양하여 산화아연 나노로드를 형성하였다. 그 다음, 산화아연 나노로드가 형성된 기판을 증류수로 세척하고 공기 중에서 400℃로 30분 동안 베이킹하여 몇몇 부생성물과 오염물을 제거하였다. 포토레지스트 잔류층은 O2 플라즈마 처리를 수행하여 제거하였다.
4) 산화아연 나노로드가 성장된 기판을 0.068 M 시트르산 나트륨 용액에 침지하여 극성 산화아연 표면 성장을 방지하였다. 그 다음, 타이타늄 부톡사이드를 무수 아이소프로필알코올(IPA)에 분산시켜 산화타이타늄 졸을 제조하였다. 상기 산화타이타늄 졸을 산화아연 나노로드가 성장된 기판 상에 한 방울 떨어뜨렸다. 산화타이타늄 졸을 실온에서 건조하고, 핫플레이트에서 90℃로 30분 동안 베이킹하였다. 그 다음, 산화타이타늄 졸을 풍로(air furnace)에서 450℃로 1시간 30분 동안 소결하여 산화타이타늄의 결정성을 향상시켰다. 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드가 형성된 기판에 Ar 플라즈마를 조사하여 산화타이타늄 쉘의 상단을 제거하고, 0.5 M HCl 용액을 사용하여 실온에서 2분 동안 산화아연 코어를 제거하였다. 습식 식각 공정을 마친 후에, 상기 샘플을 탈이온수로 충분히 세척하였다.
이에 따라, 기판 상에 수직 배향성을 가지고 정렬된 결정성 산화타이타늄 나노튜브를 제조하였다.
<분석예>
상기 실험예에 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브의 특성을 광각 X-ray 회절(XRD, Cu-Kα radiation, 40kV, 40mA, Rigaku D/max-2400)을 이용하여 측정하였다. 또한, 상기 산화타이타늄 나노튜브 어레이의 모폴로지는 200 keV의 가속 전압을 사용한 JEOL 2010 F 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM)으로 관찰하였다.
도 13은 본 발명의 실험예에 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브의 XRD 패턴이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 산화타이타늄은 아나타제형으로 형성됨을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실험예에 따라 제조된 산화타이타늄 나노튜브 어레이의 SEM 이미지이다. 도 14의 a 및 b는 각각 산화타이타늄 나노튜브 어레이의 상면도 및 사시도이다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 기판 상에 수직 배향되고, 서로 분리된 산화타이타늄 나노튜브 어레이를 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 산화타이타늄 나노튜브는 산화아연 나노로드를 주형으로 사용하여 제조되므로, 본 발명의 제조방법에 따르면 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 역시 형성할 수 있음을 자명하게 예측할 수 있다.
이상, 본 발명의 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 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
Claims (17)
- 기판 상에 산화아연 씨드층을 형성하는 단계;
상기 산화아연 씨드층 상에 상기 씨드층의 일부가 노출되도록 복수의 홀을 구비한 패턴층을 형성하는 단계;
상기 노출된 씨드층으로부터 수직 배향된 산화아연 나노로드를 형성하는 단계;
상기 패턴층을 제거하는 단계; 및
상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 산화아연 씨드층을 형성하는 단계는,
졸겔법 또는 수열합성법을 이용하여 수행하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 기판 상에 도트형으로 패턴화된 산화아연 씨드층을 형성하는 단계;
상기 씨드층으로부터 수직 배향된 산화아연 나노로드를 형성하는 단계; 및
상기 산화아연 나노로드 상에 산화타이타늄 졸을 코팅한 후 소결하여 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제3항에 있어서, 상기 산화아연 씨드층을 형성하는 단계는,
도트형으로 패턴화된 스탬프 상에 아연층을 형성하는 단계;
스탬핑법을 이용하여 상기 아연층을 기판 상에 전사하는 단계; 및
상기 전사된 아연층을 산화시키는 단계를 포함하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 스탬프 및 상기 아연층 사이에 개재된 소수성 자기조립층을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 산화아연 나노로드를 형성하는 단계는,
수열합성법을 이용하여 수행하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제1항 또는 제3에 있어서, 상기 산화타이타늄 졸의 코팅은,
드롭 캐스팅법에 의해 수행하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 코어/쉘 구조의 나노로드를 형성한 후에,
상기 산화타이타늄 쉘의 상단 및 상기 산화아연 코어를 식각하여 산화타이타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제8항에 있어서, 상기 산화타이타늄 쉘의 상단을 식각하는 단계는,
플라즈마 식각법에 의해 수행하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제8항에 있어서, 상기 산화아연 코어를 식각하는 단계는,
습식 식각법에 의해 수행하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 산화아연 나노로드를 형성한 후에,
상기 산화아연 나노로드의 상단을 음이온성 유기물로 캡핑하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 어레이 기판 제조방법. - 기판: 및
상기 기판으로부터 수직 배향되고, 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체를 포함하며,
상기 산화금속 나노구조체는 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브인 나노구조체 어레이 기판. - 제12항에 있어서,
상기 기판은 투명 전도성 기판인 나노구조체 어레이 기판. - 제12항에 있어서,
상기 산화타이타늄은 아나타제형인 나노구조체 어레이 기판. - 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 나노구조체 어레이 기판을 제조하는 단계; 및
상기 나노구조체 어레이 기판에 포함된 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드에 염료를 흡착하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 제조방법. - 제8항의 방법에 따라 나노구조체 어레이 기판을 제조하는 단계; 및
상기 나노구조체 어레이 기판에 포함된 산화타이타늄 나노튜브에 염료를 흡착하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 제조방법. - 대향 배치되는 광전극과 상대전극, 및 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재된 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 광전극은,
투명 전도성 기판;
상기 기판으로부터 수직 배향되고, 서로 분리된 복수개의 산화금속 나노구조체; 및
상기 산화금속 나노구조체에 흡착된 염료를 포함하고,
상기 산화금속 나노구조체는 산화아연 코어/산화타이타늄 쉘 구조의 나노로드 또는 산화타이타늄 나노튜브인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
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