KR20130033081A - 복합체 나노와이어 합성 방법 및 그를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브가 혼재되어 있는 이산화타이타늄 나노와이어(TiO2 Nanowires) 합성에 관한 것으로, 구체적으로 전기방사법(Eletrospinning)과 열처리(Calcination) 공정을 이용하여 높은 전자전달율을 갖는 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하고, 이러한 나노구조의 광촉매를 염료감응형 태양전지의 반응층으로 응용하여 최종적으로 반응층내에서의 전자수명을 향상시키고, 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 증가시키기 위한 기술 개발에 대한 것이다.
Description
본 발명은 염료 감응형 태양 전지에 관한 것으로, 구체적으로 높은 전기전도도를 갖는 탄소나노튜브가 혼입된 이산화타이타늄(TiO2) 나노와이어를 합성하고, 이를 염료감응형 태양전지의 광반응층으로 사용하여 광전변환 효율을 높일 수 있도록 한 복합체 나노와이어 합성 방법 및 그를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
인류가 필요로 하는 에너지의 절대적 비중을 차지하고 있는 화석연료의 고갈에 대한 불안감과 지구온난화에 큰 영향을 미치고 있다는 측면에서 공해가 발생하지 않고 인류가 사용하기에 충분하며 무한한 에너지원인 태양광을 이용한 에너지원 개발 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다.
이러한 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산해낼 수 있는 다양한 태양전지들 중 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)는 1991년 스위스의 그라첼 연구그룹(Gratzel Group)에서 Nature지에 광전변환 연구결과를 소개함으로써 본격적으로 전 세계의 연구그룹에서 개발하기 시작하였다.
염료감응형 태양전지가 기존의 실리콘 기반의 태양전지에 비해 현재 태양전지 시장에서 각광받고 있는 가장 큰 이유는 실리콘 태양전지가 고가의 실리콘 소재를 사용하는 대신에, 염료감응형 태양전지는 저가의 유,무기소재를 사용하기 때문에 가격 경쟁력이 월등하며, 또한 반투명하면서도 갖가지 염료에 의한 다양한 색상 구현이 가능하므로 다양한 응용성이 기대되는 기술이기 때문이다.
이와 같이 실리콘 기반의 태양전지에 비해 여러 장점들이 있음에도 아직까지 염료감응형 태양전지의 상용화가 다소 미비한 이유는 실리콘계 태양전지에 비해 낮은 광전변환효율을 나타내기 때문이다.
이러한 근본적인 문제점을 해결하기 위해 세계 각국의 연구진들은 첫째, 빛과 열 안정성이 확보되며 나노 산화물 반도체 표면과 견고한 화학적인 결합을 가지고 넓은 파장의 빛을 흡수할 수 있는 염료의 개발, 둘째, 염료감응형 태양전지 내에 존재하는 다양한 계면저항을 최소화하여 발생된 전자가 효율적으로 전달되게 하는 소재 및 공정 개발, 셋째, 완전 고체형 염료감응 태양전지 개발을 위한 고분자 매질의 전해질 개발을 중심으로 연구 및 개발 중이다.
특히, 다양한 계면을 갖는 염료감응형 태양전지의 특성으로 인해 염료로부터 생성된 전자가 계면을 이동하면서 전자의 재결합, 저항으로 인한 손실 등이 발생하여 염료감응형 태양전지의 이론적인 최대 효율(31%)에 비해 낮은 광전변환효율(세계 최고 수준의 경우 11%)을 가지고 있다.
염료감응형 태양전지 내의 가장 많은 계면을 보유하고 있는 부분은 무수히 많은 TiO2 나노입자가 적층되어 있는 광반응층(Photoactive Layer)으로 나노입자 사이사이의 결정경계(Grain Boundary) 부근에서 전자의 재결합 현상이 일어나, 효율 저하의 큰 원인이 된다.
이러한 현상을 방지하기 위해서 종래에 사용된 방법은 결정경계가 최소화된 나노와이어(Nanowire)를 합성하여 광촉매 층에 적용시키는 방법이다.
하지만, 동일한 TiO2 성분을 사용하기 때문에 나노구조의 변화만으로는 높은 전자전달 특성을 기대하기는 힘들며, 나노입자와 유사한 비표면적을 갖는 나노와이어의 제조는 쉽지 않아 괄목할 만한 광전변환효율 향상을 기대하기는 힘든 실정이다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 염료감응형 태양전지의 광촉매 부분의 전자의 재결합과 낮은 전기전도도(Electrical Conductivity) 문제를 해결하기 위한 것으로, 높은 전기전도도를 가지는 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNTs)가 TiO2 나노와이어 내부에 첨가된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 탄소나노튜브(CNTs)가 첨가된 TiO2 나노와이어를 대량생산이 용이한 전기방사법(Electrospinning Process)과 열처리 공정(Calcination Process)을 이용하여 합성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 높은 전기전도도를 갖는 탄소나노튜브가 혼입된 이산화타이타늄(TiO2) 나노와이어을 합성하고, 이를 염료감응형 태양전지의 광반응층을 사용하여 광전변환 효율을 높일 수 있도록 한 복합체 나노와이어 합성 방법 및 그를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 첨가된 탄소나노튜브의 높은 전기전도도를 통해 태양전지 반응층내의 염료에서 발생된 전자의 재결합을 억제하여 최종적으로 전자수명(Electron Life Time) 및 태양전지의 광전변환 효율(Power Conversion Efficiency)을 향상시킬 수 있도록 한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합체 나노와이어 합성 방법은 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하기 위하여, 고분자, 탄소나노튜브, 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)가 에탄올에 용해된 전구체 용액을 제조하는 단계; 상기 전구체 용액을 전기방사법과 열처리 공정으로 처리하여 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어로 제조하는 단계에서, 상기 전구체 용액을 공급하면서 전기방사를 유도하여 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어를 합성하고, 합성된 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어를 박스형 전기로에서 열처리하여 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)는 아나타제(Anatase)의 TiO2로, PVP는 열분해로 제거되도록 하여 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 생성하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합체 나노와이어 합성을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 전기방사법과 열처리 공정으로 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하는 단계; 상기 합성된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 이용하여 페이스트(paste)를 만드는 단계; 상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어 페이스트를 광반응층으로 사용하기 위하여 FTO(Fluorine Tin Oxide) 유리기판(glass)에 스크린 프린팅 법을 사용하여 적층시키고, 소결시킨 후 염료용액에 침지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 페이스트(paste)를 만드는 단계는, 상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어와 아세트산 에탄올을 균일하게 섞는 공정과, 테르피네올(Terpineol)용액과 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 에탄올에 용해시킨 용액을 추가하여 분산시키는 공정과, 잔여 에탄올을 증발시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 에탄올에 용해시키는 것은, 염료감응형 태양전지의 FTO 기판위에 페이스트를 적층하는 단계에서 접촉력을 높이기 위한 목적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어는, 염료흡착을 방해하지 않으면서 TiO2와의 높은 접촉면적을 갖도록 탄소나노튜브(CNTs)가 TiO2 나노와이어 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광반응층은, 서로 다른 전도대(Conduction Band)를 갖는 CNTs와 TiO2가 혼합되어 있어 페르미 에너지가 두 물질의 평형 값으로 이동하는 것에 의해 탄소나노튜브의 농도가 0 wt%로 순수한 TiO2 나노와이어를 이용한 광반응층에 비하여 개방전압(V oc )이 감소하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 복합체 나노와이어 합성 방법 및 그를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 전기방사법과 열분해를 이용한 공정으로 탄소나노튜브가 이산화타이타늄 나노와이어 내부에 혼재된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성할 수 있다.
둘째, 이산화타이타늄(TiO2) 나노와이어를 염료감응형 태양전지의 광반응층을 사용하여 광전변환 효율을 높일 수 있다.
셋째, 탄소나노튜브의 높은 전기전도도를 통해 태양전지 반응층내의 염료에서 발생된 전자의 재결합을 억제하여 최종적으로 전자수명(Electron Life Time)을 향상시킬 수 있다.
넷째, 전자수명의 증가로 인해, 최종적으로 염료감응형 태양전지의 단락전류 밀도(Short Circuit Current) 및 광전변환효율(Power Conversion Efficiency)을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합체 나노와이어를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조를 위한 플로우 차트
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 광반응층 내에서의 전자 이동 모식도
도 3은 본 발명에 따라 합성된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어의 XRD 그래프
도 4a 및 도 4b는 전기방사법을 통한 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어의 SEM 사진, 열처리 후의 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어의 SEM 사진
도 5는 전기화학분석법을 이용한 탄소나노튜브 농도에 따른 염료감응형 태양전지의 보드 위상 플롯(Bode Phase Plot)을 나타낸 그래프
도 6은 탄소나노튜브의 농도에 따른 염료감응형 태양전지의 전기수명과 광전변환효율의 관계를 나타낸 그래프
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 광반응층 내에서의 전자 이동 모식도
도 3은 본 발명에 따라 합성된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어의 XRD 그래프
도 4a 및 도 4b는 전기방사법을 통한 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어의 SEM 사진, 열처리 후의 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어의 SEM 사진
도 5는 전기화학분석법을 이용한 탄소나노튜브 농도에 따른 염료감응형 태양전지의 보드 위상 플롯(Bode Phase Plot)을 나타낸 그래프
도 6은 탄소나노튜브의 농도에 따른 염료감응형 태양전지의 전기수명과 광전변환효율의 관계를 나타낸 그래프
이하, 본 발명에 따른 복합체 나노와이어 합성 방법 및 그를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 복합체 나노와이어 합성 방법 및 그를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 복합체 나노와이어를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조를 위한 플로우 차트이다.
그리고 도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 광반응층 내에서의 전자 이동 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따라 합성된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어의 XRD 그래프이다.
본 발명은 탄소나노튜브(CNT)가 혼재되어 있는 이산화타이타늄(TiO2) 나노와이어(Nanowire) 합성에 관한 것으로, 구체적으로 전기방사법(Electrospinning Process)과 열처리(Calcination)를 이용하여 높은 전기전도도를 갖는 탄소나노튜브가 혼입된 이산화타이타늄(TiO2) 나노와이어을 합성하고, 합성된 광촉매 나노와이어를 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)의 광반응층(Photo Active Layer)에 적용하여 최종적으로 염료감응형 태양전지의 전자전달(Electron Transfer)과 광전변환 효율(Power Conversion Efficiency)을 증가시키기 위한 기술 개발에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명에 따른 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하는 공정은 고분자, 탄소나노튜브, 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)가 에탄올에 용해된 전구체 용액을 제조하는 단계와, 제조된 전구체를 전기방사법과 열처리 공정을 통해 최종적으로 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어로 제조하는 단계를 포함한다.
일 실시 예로, 4.5g의 PVP(polyvinylpyrrolidone) 고분자와 1 ~ 10mg의 탄소나노튜브, 2.5g의 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)가 용해된 10g의 에탄올 용액을 전기방사법의 전구체 용액으로 사용하며, 15kV의 전압, 0.2ml/h의 주입속도, 고전압이 인가된 노즐팁과 접지된 포집판 사이의 간격은 15cm으로 지정하여 전기방사를 유도한다.
이와 같은 공정에서, CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어를 합성할 수 있으며 합성된 나노와이어의 전자현미경(SEM) 사진은 도 4의 (a)와 같다.
합성된 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어를 박스형 전기로에서 450oC의 온도로 2시간 동안 열처리하면 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)는 아나타제(Anatase)의 TiO2로, PVP는 열분해로 제거되어 최종적으로 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 생성할 수 있으며 합성된 나노와이어의 SEM 사진은 도 4의 (b)와 같다.
본 발명에 따른 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 염료감응형 태양전지의 제작에 적용하는 과정은 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 이용한 TiO2 페이스트를 만드는 단계와, TiO2 페이스트를 광반응층에 적용시키는 단계를 포함한다.
도 1을 참고하여 본 발명에 따른 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 염료감응형 태양전지의 제작 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 합성된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어 6g과 아세트산 1ml에 5ml의 무수에탄올을 혼합한 후(S101), 초음파분쇄기(1시간)를 이용하여 분산시킨다.(S102)
위의 용액에 20g의 테르피네올(Terpineol)용액을 넣고 초음파분쇄기(1시간)를 이용하여 다시 분산시킨 후(S103), 에틸 셀룰로오스(Ethyl cellulose) 3g을 30g의 에탄올에 용해시킨 용액을 추가하여 앞선 과정과 동일한 조건으로 분산시킨다.(S104)
50oC의 초음파분쇄기에서 4시간동안 분쇄하면서 에탄올을 증발시켜 염료감응형 태양전지에 적용하기 위한 TiO2 페이스트를 제조한다.(S105)
이와 같이 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어 기반 페이스트가 준비되면 염료감응형 태양전지의 제조공정을 다음과 같이 진행한다.
CNTs/TiO2 복합체 나노와이어 기반 페이스트를 광반응층으로 사용하기 위하여 준비된 FTO(Fluorine Tin Oxide) 유리기판에 0.36cm2 면적으로 스크린 프린팅(screen printing)법을 사용하여 적층시키고(S106), 500oC에서 30분간 소결시킨 후 염료용액에 24시간 침지시킨다.(S107)
이어, 실링테이프(Sealing tape)를 TiO2 나노와이어가 적층된 FTO 유리기판 위에 올린 후 상대전극을 얹어 120oC에서 가열하면 두 전극이 실링되어 밀폐된다.(S108)
이때 상대전극은 이온 스퍼터링(Ion-Sputtering) 장비를 이용하여 백금(Pt)을 1분간 증착시키며 증착된 Pt의 두께는 약 10nm 정도이다.
그 후 상대전극에 뚫어둔 구멍을 통해 전해질 용액(Iodolyte AN(acetonitrile)-50)을 주입하고 구멍을 커버 글래스(glass)를 이용해 막는다.(S109)
이와 같은 공정으로 완성된 염료감응형 태양전지의 전자전달 특성과 광전변환특성을 전기화학분석법과 솔라시뮬레이버를 이용하여 대기질량 1.5M, 1 Sun 조건(=1000W/m2)으로 측정하고 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
표 1은 다양한 농도의 탄소나노튜브가 포함된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 기반으로 한 염료감응형 태양전지의 전류-전압 특성 및 광반응층 내에서의 전자수명을 나타낸 표이다.
우선, 탄소나노튜브의 농도가 0 wt%로 순수한 TiO2 나노와이어 기반의 염료감응형 태양전지의 경우 개방전압(V oc )이 0.83V인데 비해, 탄소나노튜브가 혼합된 경우 V oc 가 약 0.74V로 탄소나노튜브의 혼합으로 인해 V oc 값이 다소 감소함을 볼 수 있다.
이는, 서로 다른 전도대(Conduction Band, i.e., TiO2 = ~0.5 V, 탄소나노튜브=~0 V)를 가지는 두 시스템이 혼합됨으로 인해 페르미 에너지가 두 시스템의 평형 값으로 이동하게 되어 나타나는 현상으로, V oc 의 감소는 염료감응형 태양전지의 구동에 있어 탄소나노튜브가 전자전달에 기여하고 있음을 알 수 있는 결정적인 증거이다.
TiO2 나노와이어 내부에 혼입된 탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 보이는 또 다른 현상은 단락전류 밀도(J sc )와 광전변환효율(Power Conversion Efficiency, PCE)의 증가이다.
탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 이 두 값은 서서히 증가하며 최종적으로 탄소나노튜브의 농도가 최대 1.40 wt% 일 때, 탄소나노튜브가 혼합되지 않은 순수한 TiO2 나노선과 비교하여 J sc 는 410%, 광전 변환효율은 약 390% 증가하였음을 관찰할 수 있다.
탄소나노튜브가 포함된 여부를 제외하고는 사용된 TiO2 나노와이어의 직경, 길이, 및 태양전지셀 제조 공정이 모두 동일하기 때문에, 흡착된 염료에 의해 발생된 전자량과 광반응층을 제외한 계면에서 발생할 수 있는 전자 손실은 동일하다고 가정할 수 있으며, 이러한 J sc 와 PCE의 증가는 탄소나노튜브의 높은 전기전도도 특성으로 인한 효과적인 전자전달 때문이다.
광반응층 내에서 작용하는 탄소나노튜브의 효과를 보다 명확하게 관찰하기 위해서 전기화학분석법(Electrochemical Impedance Analysis, EIS)을 사용하고, 보드 위상 플롯(Bode Phase Plot)을 이용하여 염료감응형 태양전지의 전자이동 특성을 관찰한 결과는 도 5에서와 같다.
도 5는 전기화학분석법을 이용한 탄소나노튜브 농도에 따른 염료감응형 태양전지의 보드 위상 플롯(Bode Phase Plot)을 나타낸 그래프이다.
측정 결과 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어가 적층된 광반응층을 나타내는 중간주파수 영역에서의 최고점 값이 저주파수 영역대로 이동하고 있음을 관찰할 수 있다.
여기서, τ= 전자수명(Electron Lifetime), fmax= Phase 최대 값의 주파수이다.
수학식 1을 기반으로 광반응층에서의 전자수명(Electron Lifetime)을 계산한 결과, TiO2 나노와이어 내부에 혼입된 탄소나노튜브의 농도가 1.4 wt%일 때의 전자수명(~19.9ms)이 탄소나노튜브가 전혀 포함되지 않은 순수한 TiO2 나노와이어의 전자수명(~3.8ms)의 경우보다 약 5배 정도 증가함을 확인할 수 있다.(표 1 참조)
탄소나노튜브의 농도에 따른 전자수명과 태양전지의 효율의 관계는 도 6에서와 같고, 도 6에서 나타난 것과 같이 전자수명이 증가할수록 유사한 경향으로 태양전지의 효율이 함께 증가함을 알 수 있다
결국, CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 염료감응형 태양전지에 적용하였을 때, 초기 발생 전자량은 탄소나노튜브의 존재 유무와 관계없이 동일하나, 광반응층을 전자가 통과할 때, 탄소나노튜브의 우수한 전기적 특성으로 인해 전자전달을 촉진하고, 전해질과 염료와의 재결합 현상을 줄여 최종적으로 염료감응형 태양전지의 광전변환효율을 증대시킨다.
탄소나노튜브가 TiO2 입자 외부에 혼합하여 제조된 광활성층과는 달리 본 발명은 탄소나노튜브가 TiO2 나노와이어 내에 위치하고 있기 때문에, 염료흡착을 방해하지 않으면서 TiO2와의 높은 접촉면적을 갖는 장점을 가지는 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어 제조가 가능하다.
따라서, CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 기반으로 한 페이스트 제조 및 염료감응형 태양전지의 제조를 가능하게 하여 탄소나노튜브의 염료 흡착 방해를 극복하고 전자수명 및 광전변환 효율의 월등한 향상이 가능하도록 한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
- CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하기 위하여,
고분자, 탄소나노튜브, 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)가 에탄올에 용해된 전구체 용액을 제조하는 단계;
상기 전구체 용액을 전기방사법과 열처리 공정으로 처리하여 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어로 제조하는 단계에서,
상기 전구체 용액을 공급하면서 전기방사를 유도하여 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어를 합성하고,
합성된 CNTs/Titanium Butoxide/PVP 나노와이어를 박스형 전기로에서 열처리하여 타이타늄 부트옥사이드(Titanium Butoxide)는 아나타제(Anatase)의 TiO2로, PVP는 열분해로 제거되도록 하여 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 생성하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성 방법. - 전기방사법과 열처리 공정으로 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 합성하는 단계;
상기 합성된 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어를 이용하여 페이스트(paste)를 만드는 단계;
상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어 페이스트를 광반응층으로 사용하기 위하여 FTO(Fluorine Tin Oxide) 유리기판(glass)에 스크린 프린팅 법을 사용하여 적층시키고, 소결시킨 후 염료용액에 침지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서, 상기 페이스트(paste)를 만드는 단계는,
상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어와 아세트산 에탄올을 균일하게 섞는 공정과,
테르피네올(Terpineol)용액과 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 에탄올에 용해시킨 용액을 추가하여 분산시키는 공정과,
잔여 에탄올을 증발시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법. - 제 4 항에 있어서, 상기 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose)를 에탄올에 용해시키는 것은,
염료감응형 태양전지의 FTO 기판위에 페이스트를 적층하는 단계에서 접촉력을 높이기 위한 목적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서, 상기 CNTs/TiO2 복합체 나노와이어는,
염료흡착을 방해하지 않으면서 TiO2와의 높은 접촉면적을 갖도록 탄소나노튜브(CNTs)가 TiO2 나노와이어 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서, 상기 광반응층은,
서로 다른 전도대(Conduction Band)를 갖는 CNTs와 TiO2가 혼합되어 있어 페르미 에너지가 두 물질의 평형 값으로 이동하는 것에 의해 탄소나노튜브의 농도가 0 wt%로 순수한 TiO2 나노와이어를 이용한 광반응층에 비하여 개방전압(V oc )이 감소하는 것을 특징으로 하는 복합체 나노와이어 합성을 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법.
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