KR20140115406A - Method of preparing zinc oxide nanorod composite, zinc oxide nanorod composite prepared from the same, and dye sensitized solar cell including the zinc oxide nanorod composite - Google Patents

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Abstract

Provided are a method for manufacturing a zinc oxide nanorod composite which comprises the steps of: manufacturing a precursor solution including an oxide precursor; soaking a substrate having a zinc oxide nanorod mounted in the precursor solution; and applying ultrasound to the precursor solution in which a substrate having the zinc oxide nanorod grown is soaked in to grow an oxide nanolayer on the surface of the zinc oxide nanorod, a zinc oxide nanorod composite manufactured by the same, and a dye sensitized solar cell including the same.

Description

산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법, 이로부터 제조된 산화아연 나노막대 복합재 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지{METHOD OF PREPARING ZINC OXIDE NANOROD COMPOSITE, ZINC OXIDE NANOROD COMPOSITE PREPARED FROM THE SAME, AND DYE SENSITIZED SOLAR CELL INCLUDING THE ZINC OXIDE NANOROD COMPOSITE}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a zinc oxide nanorod composite material, a zinc oxide nanorod composite material, and a dye-sensitized solar cell including the zinc oxide nanorod composite material. THE ZINC OXIDE NANOROD COMPOSITE}

본 기재는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법, 이로부터 제조된 산화아연 나노막대 복합재 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a zinc oxide nanorod composite, a zinc oxide nanorod composite made therefrom, and a dye-sensitized solar cell comprising the zinc oxide nanorod composite.

염료감응 태양전지(DSSC)는 낮은 제조 단가와 높은 에너지 변환 효율 때문에 큰 관심을 받고 있다. 산화아연(ZnO)은 염료감응 태양전지의 구조에 있어서 중요한 물질로서, 전자수송층으로 사용되고 있다.The dye-sensitized solar cell (DSSC) has received great attention due to its low manufacturing cost and high energy conversion efficiency. Zinc oxide (ZnO) is an important material in the structure of a dye-sensitized solar cell and is used as an electron transport layer.

산화아연(ZnO)은 이산화티타늄(TiO2)과 비슷한 밴드 구조(band structure)를 가지면서 전자 이동도(mobility)는 TiO2의 107배 더 큰 특징을 가지고 있다. 기존 TiO2의 구조는 나노 크기의 구형 입자를 사용해왔는데, 이는 단위 면적당 비표면적이 커서 염료를 흡착시킬 수 있는 공간은 증가하지만, 염료에서 주입(injection)된 전자가 구형 입자를 통해서 이동할 때 발생되는 계면은 저항 역할을 하게 되어 효율에 감소를 가져온다. 이를 해결하기 위해 다양한 구조가 연구되어 왔지만, TiO2는 구조 변형에 한계를 보여왔다.Zinc oxide (ZnO) has a band structure similar to that of titanium dioxide (TiO 2 ), and its electron mobility is 10 7 times larger than that of TiO 2 . The structure of the conventional TiO 2 has been using nano-sized spherical particles, which have a large specific surface area per unit area, which increases the space for adsorbing the dye, but occurs when the electrons injected from the dye move through the spherical particles The interface acts as a resistor, leading to a reduction in efficiency. Various structures have been studied to solve this problem, but TiO 2 has shown limitations in structural modification.

반면, 산화아연은 나노로드, 나노테트라포드, 나노시트 등의 다양한 나노 구조로 성장시킬 수 있고, 이는 염료감응 태양전지 구동에서 전자수송으로 인한 저항을 줄여서 셀의 성능을 높이고자 하는 연구로 진행되고 있다.
On the other hand, zinc oxide can be grown to various nanostructures such as nanorods, nanotetrapheres, and nanosheets, and it is under study to increase the performance of cells by reducing resistance due to electron transport in the operation of dye-sensitized solar cells .

본 발명의 일 구현예는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a zinc oxide nanorod composite.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법으로부터 제조되는 산화아연 나노막대 복합재를 제공하기 위한 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a zinc oxide nanorod composite made from the zinc oxide nanorod composite.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 산화아연 나노막대 복합재를 포함하여 작동 효율 및 성능이 향상되는 염료감응 태양전지를 제공하기 위한 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell including the zinc oxide nanodevice composite material with improved operational efficiency and performance.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 염료감응 태양전지의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
Another embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing the dye-sensitized solar cell.

본 발명의 일 구현예는 산화물 전구체를 포함하는 전구체 용액을 제조하는 단계; 상기 전구체 용액에 산화아연 나노막대가 성장된 기판을 담그는 단계; 및 상기 산화아연 나노막대가 성장된 기판이 담긴 전구체 용액에 초음파를 인가하여 상기 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention is directed to a method of preparing a precursor solution comprising: preparing a precursor solution comprising an oxide precursor; Immersing a substrate on which a zinc oxide nanorod is grown in the precursor solution; And applying ultrasonic waves to the precursor solution containing the substrate on which the zinc oxide nanorods are grown to grow an oxide nanorods on the surface of the zinc oxide nanorods.

상기 산화물 전구체는 티타늄 4염화물, 아세트산 아연, 아세트산 코발트, 아세트산 구리(II) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The oxide precursor may include titanium tetrachloride, zinc acetate, cobalt acetate, copper (II) acetate, or combinations thereof.

상기 전구체 용액은 상기 산화물 전구체가 0.05 내지 0.1 M의 농도로 포함된 수용액일 수 있다.The precursor solution may be an aqueous solution containing the oxide precursor at a concentration of 0.05 to 0.1 M.

상기 초음파는 700 내지 800 W의 전력으로 수행될 수 있고, 10 내지 30 kHz의 주파수로 수행될 수 있고, 30 내지 50 %의 진폭으로 수행될 수 있다. The ultrasonic waves may be performed at a power of 700 to 800 W, at a frequency of 10 to 30 kHz, and may be performed at an amplitude of 30 to 50%.

상기 초음파를 인가하는 단계는 상기 전구체 용액을 실온으로 유지하여 수행될 수 있고, 10 내지 40 분 동안 수행될 수 있다.The step of applying ultrasonic waves may be performed by keeping the precursor solution at room temperature, and may be performed for 10 to 40 minutes.

상기 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시키는 단계 이후, 상기 산화물 나노층이 표면에 성장된 산화아연 나노막대를 소성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 소성하는 단계는 70 내지 500 ℃의 온도에서 30분 내지 1시간 동안 수행될 수 있다.The method may further include the step of growing an oxide nanorod on the surface of the zinc oxide nanorod, and then firing the zinc oxide nanorod, on which the oxide nanorod is grown, RTI ID = 0.0 > 30 minutes < / RTI > to 1 hour.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법으로 제조되고, 산화아연 나노막대 및 상기 산화아연 나노막대의 표면에 위치하는 산화물 나노층을 포함하는 산화아연 나노막대 복합재를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a zinc oxide nanorod composite comprising the zinc oxide nanorod and an oxide nanorod located on the surface of the zinc oxide nanorod, the zinc oxide nanorod composite being manufactured by the method of manufacturing the zinc oxide nanorod composite .

상기 산화아연 나노막대는 30 내지 200 nm의 폭 및 3 내지 10 ㎛의 길이를 가질 수 있다.The zinc oxide nanorods may have a width of 30 to 200 nm and a length of 3 to 10 [mu] m.

상기 산화아연 나노막대는 무배향성 또는 수직배향성을 가질 수 있다.The zinc oxide nanorods may have a non-oriented or vertical orientation.

상기 산화아연 나노막대는 단결정일 수 있다.The zinc oxide nanorods may be single crystals.

상기 산화물 나노층은 Co, Cu, Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, In, TiSr 또는 이들의 조합을 포함하는 금속의 산화물을 포함할 수 있다. The oxide nano-layer may be at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, ≪ / RTI > or combinations thereof.

상기 산화물 나노층은 3 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있다.The oxide nano-layer may have a thickness of 3 to 30 nm.

상기 산화물 나노층은 무배향성을 가질 수 있다.The oxide nano-layer may have no orientation.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 태양광이 입사되어 투과되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하도록 배치된 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광활성층; 및 상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 충진된 전해질을 포함하고, 상기 광활성층은 상기 산화아연 나노막대 복합재 및 상기 산화아연 나노막대 복합재의 표면에 흡착되는 광감응 염료를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: a first electrode through which sunlight is incident and transmitted; A second electrode arranged to face the first electrode; A photoactive layer positioned between the first electrode and the second electrode; And an electrolyte filled between the photoactive layer and the second electrode, wherein the photoactive layer comprises a dye sensitized solar cell comprising a photo sensitive dye adsorbed on a surface of the zinc oxide nanostructure matrix composite and the zinc oxide nanostructure matrix composite, Lt; / RTI >

상기 광활성층은 3 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The photoactive layer may have a thickness of 3 to 10 [mu] m.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 투명 기판 위에 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성하여 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 초음파화학 성장법을 이용하여 산화아연 나노막대를 성장시키는 단계; 상기 산화아연 나노막대의 표면에 초음파화학 성장법을 이용하여 산화물 나노층을 성장시켜 산화아연 나노막대 복합재를 형성하는 단계; 상기 산화아연 나노막대 복합재에 광감응 염료를 흡착시켜 광활성층을 형성하는 단계; 및 상기 광활성층을 덮어 제2 전극을 형성한 후 전해질을 주입하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a display device, comprising: forming a conductive layer on a transparent substrate, the conductive layer including a conductive material to form a first electrode; Growing a zinc oxide nanorod on the first electrode using an ultrasonic chemical growth method; Forming an oxide nanorod layer on the surface of the zinc oxide nanorod using an ultrasonic chemical growth method to form a zinc oxide nanorod composite; Forming a photoactive layer by adsorbing a photosensitive dye on the zinc oxide nanorod composite; And forming a second electrode to cover the photoactive layer, and then injecting an electrolyte into the dye-sensitized solar cell.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

작동 효율 및 성능이 향상되는 염료감응 태양전지를 구현할 수 있다.
A dye-sensitized solar cell having improved operating efficiency and performance can be realized.

도 1은 일 구현예에 따른 산화아연 나노막대의 표면 코팅을 위한 초음파 발생 장치의 모식도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 산화아연 나노막대의 표면에 코팅된 산화물 나노층이 입사광에 의해 생성된 전자의 거동에 미치는 영향을 보여주는 모식도이다.
1 is a schematic diagram of an ultrasonic generator for surface coating of zinc oxide nanorods according to one embodiment.
2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to one embodiment.
FIG. 3 is a schematic view showing the effect of an oxide nanolayer coated on the surface of a zinc oxide nanorods on the behavior of electrons generated by incident light in a dye-sensitized solar cell according to an embodiment.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한, "나노"란 나노 스케일의 크기를 의미하며, 구체적으로는 1 ㎛ 이하의 크기를 나타낸다.As used herein, unless otherwise defined, "nano" refers to the nanoscale size and specifically refers to a size of less than 1 micron.

염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell, DSSC)는 제1 전극, 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 광활성층을 포함할 수 있다. A dye-sensitized solar cell (DSSC) may include a first electrode, a second electrode, and a photoactive layer interposed between the first electrode and the second electrode.

상기 광활성층으로 산화아연 나노막대를 사용할 경우, 산화아연과 상기 광활성층에 포함되는 염료 사이의 표면에 결함(defect) 상태가 존재하여 염료감응 태양전지의 효율을 증가시키는데 한계가 있다.When zinc oxide nanorods are used as the photoactive layer, defects exist in the surface between the zinc oxide and the dye contained in the photoactive layer, which limits the efficiency of the dye-sensitized solar cell.

일 구현예에 따르면, 상기 산화아연 나노막대의 표면을 나노 크기의 산화물로 코팅하여 염료와의 사이의 표면에 존재하는 결함 상태를 줄이고, 광활성층으로 주입된 전자가 염료 또는 전해질로 다시 이동하는 재결합(recombination) 현상을 감소시켜, 광 전자의 거동 효율을 증가시키는 구조가 제안된다. According to one embodiment, the surface of the zinc oxide nanorods is coated with a nano-sized oxide to reduce the defect state present on the surface with the dye, and the electrons injected into the photoactive layer migrate back to the dye or electrolyte a recombination phenomenon is reduced and a structure for increasing the efficiency of photoelectrons is proposed.

상기 산화아연 나노막대의 표면 코팅법으로 딥코터를 이용한 담금법(dipping method)이 주로 사용되고 있는데, 이러한 담금법의 경우 담금 시간이 많이 걸리고, 딥코터의 상승 속도 및 전구체의 몰농도를 최적화 조건에 맞도록 조절하는 데 어려움이 있다.The dipping method using a dip coater is mainly used by the surface coating method of the zinc oxide nanorods. In the case of such a dipping method, it takes much time to immerse the dipping method, and the elevation rate of the dip coater and the molar concentration of the precursor are optimized There are difficulties in adjusting.

일 구현예에 따르면, 대면적의 염료감응 태양전지의 제조에도 유용한 초음파화학(sonochemistry) 성장법을 이용할 수 있다. According to one embodiment, a sonochemistry growth method useful for the production of a large-area dye-sensitized solar cell can be used.

일 구현예에서는 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층이 위치하는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법을 제공한다. 다시 말하면, 산화아연 나노막대의 표면을 산화물 나노층으로 코팅시키는 방법, 즉, 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시키는 방법은 다음과 같다. In one embodiment, there is provided a process for preparing a zinc oxide nanorod composite in which an oxide nanorod is positioned on the surface of the zinc oxide nanorod. In other words, a method of coating the surface of the zinc oxide nanorods with the oxide nanorods, that is, a method of growing the oxide nanorods on the surface of the zinc oxide nanorods is as follows.

산화물 전구체를 포함하는 전구체 용액을 제조하는 단계, 상기 전구체 용액에 산화아연 나노막대가 성장된 기판을 담그는 단계, 그리고 상기 산화아연 나노막대가 성장된 기판이 담긴 전구체 용액에 초음파를 인가하는 단계를 거침으로써, 상기 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시켜 산화아연 나노막대 복합재를 제조할 수 있다. Preparing a precursor solution containing an oxide precursor, immersing the substrate on which the zinc oxide nanorods are grown in the precursor solution, and applying ultrasonic waves to the precursor solution containing the zinc oxide nanorods grown thereon A zinc oxide nanorod composite can be prepared by growing an oxide nanorod on the surface of the zinc oxide nanorod.

상기 전구체 용액은 상기 산화물 전구체를 용매에 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 전구체 용액의 효율적인 분산을 위해 교반할 수 있다.The precursor solution may be prepared by dissolving the oxide precursor in a solvent. And may be stirred for efficient dispersion of the precursor solution.

상기 산화물 전구체는 티타늄 4염화물, 아세트산 아연, 아세트산 코발트, 아세트산 구리(II) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The oxide precursor may be titanium tetrachloride, zinc acetate, cobalt acetate, copper (II) acetate or a combination thereof.

상기 용매로는 물이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 물은 상기 산화물 전구체의 분산 매질인 동시에 상기 산화아연 나노막대의 표면에 형성되는 산화물 나노층이 성장하는 모액의 역할을 하기 때문에, 상기 물 중에서도 코팅에 영향을 미칠 수 있는 불순물이 최대한 제거된 정제수, 더욱 구체적으로는 탈이온수(deionized water)를 사용할 수 있다.As the solvent, water may be used. Specifically, the water serves as a dispersion medium of the oxide precursor and also serves as a mother liquor in which oxide nano-layers formed on the surface of the zinc oxide nanorods grow. Therefore, impurities that can affect the coating Removed purified water, more specifically deionized water, can be used.

상기 전구체 용액은 상기 산화물 전구체가 0.03 내지 0.1 M의 농도로 포함될 수 있고, 구체적으로는 0.05 내지 0.07 M의 농도로 포함될 수 있다. 상기 산화물 전구체의 농도가 상기 범위 내일 경우 상기 산화아연 나노막대의 표면에 형성되는 산화물 나노층의 두께를 적절한 범위로 조절할 수 있다. 상기 산화물 나노층의 두께를 적절한 범위로 얻게 될 경우 염료감응 태양전지에서의 광흡수 표면코팅 물질로서 최대 효과를 얻을 수 있다. The precursor solution may contain the oxide precursor at a concentration of 0.03 to 0.1 M, specifically at a concentration of 0.05 to 0.07 M. When the concentration of the oxide precursor is within the above range, the thickness of the oxide nano-layer formed on the surface of the zinc oxide nanorod can be adjusted to an appropriate range. When the thickness of the oxide nano-layer is obtained in an appropriate range, a maximum effect can be obtained as a light-absorbing surface coating material in a dye-sensitized solar cell.

상기 산화물 나노층의 두께는 예를 들면, 3 내지 30 nm 일 수 있고, 구체적으로는 15 내지 30 nm 일 수 있다. 상기 산화물 나노층의 두께가 상기 범위 내로 얻어질 경우 염료감응 태양전지에서의 광흡수 표면코팅 물질로서 최대 효과를 얻을 수 있다.The thickness of the oxide nanolayer may be, for example, 3 to 30 nm, and more specifically 15 to 30 nm. When the thickness of the oxide nano-layer is within the above range, a maximum effect can be obtained as a light-absorbing surface coating material in a dye-sensitized solar cell.

제조된 상기 전구체 용액에 산화아연 나노막대가 성장된 기판을 담근 후, 초음파를 인가할 수 있다. 이러한 단계는 도 1을 참고하여 설명할 수 있다.After the substrate on which the zinc oxide nanorods are grown is immersed in the prepared precursor solution, ultrasound can be applied. This step can be explained with reference to Fig.

도 1은 일 구현예에 따른 산화아연 나노막대의 표면 코팅을 위한 초음파 발생 장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an ultrasonic generator for surface coating of zinc oxide nanorods according to one embodiment.

도 1을 참고하면, 초음파 발생 장치(10)는 기판(10), 전구체 용액(2), 초음파 프로브(3) 및 교반기(4)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판(1)이 고정되어 있는 테프론 재질의 틀을 상기 교반기(4)를 이용하여 교반된 전구체 용액(2)이 담긴 용기에 끼운 뒤, 용기 중심의 구멍으로 초음파 프로브(3)를 삽입하고, 초음파를 인가한다.1, the ultrasonic generator 10 may include a substrate 10, a precursor solution 2, an ultrasonic probe 3, and a stirrer 4. Specifically, after the Teflon mold having the substrate 1 fixed thereon was inserted into a container containing the stirred precursor solution 2 using the stirrer 4, the ultrasonic probe 3 was inserted into the hole at the center of the container And ultrasonic waves are applied.

상기 기판(1)은 건조된 산화아연 나노막대를 포함할 수 있다.The substrate 1 may comprise dried zinc oxide nanorods.

상기 기판(1)으로는 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 실리콘 웨이퍼 기판, 유리 기판, 폴리머 기판 등이 사용될 수 있다.The substrate 1 is not particularly limited, and a silicon wafer substrate, a glass substrate, a polymer substrate, or the like can be used as a specific example.

상기 초음파를 인가하는 공정은 예를 들면, 전력 700 내지 800 W 및 주파수 10 내지 30 kHz의 조건으로 수행될 수 있다. 또한 진폭(amplitude)이 30 내지 50 %의 조건으로 초음파를 인가할 수 있다. 초음파의 진폭이 상기 범위 내의 조건일 경우 상기 산화물 나노층의 코팅 속도 및 코팅 조건을 조절하기 용이하다. 더욱 구체적으로는, 전력 730 내지 770 W, 주파수 15 내지 25 kHz 및 진폭 35 내지 45 %의 조건으로 초음파를 인가할 수 있다. The process of applying the ultrasonic waves may be performed under conditions of, for example, a power of 700 to 800 W and a frequency of 10 to 30 kHz. Further, the ultrasonic wave can be applied under the condition that the amplitude is 30 to 50%. When the amplitude of the ultrasonic wave is within the above range, it is easy to control the coating speed and the coating condition of the oxide nano-layer. More specifically, ultrasonic waves can be applied under the conditions of power 730 to 770 W, frequency 15 to 25 kHz, and amplitude 35 to 45%.

또한 상기 초음파 프로브(3)의 온도, 상기 초음파 프로브(3)의 크기 등도 상기 산화물 나노층의 제조에 영향을 미칠 수 있으므로, 상기 온도 및 크기를 적절히 선택할 수 있다.Also, since the temperature of the ultrasonic probe 3 and the size of the ultrasonic probe 3 may affect the production of the oxide nanocrystal, the temperature and the size can be appropriately selected.

일 구현예에 따르면, 상기 초음파를 인가하는 공정은 상기 전구체 용액의 온도를 실온으로 유지하여 수행될 수 있다. 초음파 인가시 발생되는 용액 내 열점(hot spot)의 생성 및 이로부터 발생되는 생성 에너지로 일정 온도 이상으로 온도를 상승시킬 수 있다. 그러나 이러한 온도 상승은 초음파 성장으로 인한 표면 코팅의 변수를 제어하는 관점에서 무시할 수 있는 변화이다. 다시 말하면, 초음파 인가시 온도를 조절할 필요 없이 코팅이 가능하다. According to one embodiment, the step of applying ultrasonic waves may be performed by maintaining the temperature of the precursor solution at room temperature. It is possible to raise the temperature to a certain temperature or higher due to the generation of hot spots in the solution generated upon application of ultrasonic waves and the generated energy from the hot spots. However, this temperature rise is a negligible change from the viewpoint of controlling the parameters of the surface coating due to ultrasonic growth. In other words, it is possible to coat without adjusting the temperature when applying ultrasonic waves.

상기 초음파를 인가하는 단계는 10 내지 40 분 동안 수행될 수 있고, 구체적으로는 20 내지 40 분 동안 수행될 수 있다. 상기 시간 동안 담그어 초음파를 인가할 경우, 상기 산화물 나노층의 두께가 적절한 범위로 형성되어 염료감응 태양전지에서의 광흡수 표면코팅 물질로서 최대 효과를 얻을 수 있다. The step of applying ultrasonic waves may be performed for 10 to 40 minutes, and specifically for 20 to 40 minutes. When the ultrasound is immersed for the above-mentioned time, the thickness of the oxide nano-layer is appropriately formed to obtain the maximum effect as the light-absorbing surface coating material in the dye-sensitized solar cell.

상기 초음파 인가의 결과로, 산화물 나노층의 형성 및 성장을 위한 촉매의 사용 없이도 산화아연 나노막대의 표면 위에서 산화물 층이 형성되어 나노 크기의 층으로 성장할 수 있다.As a result of the application of the ultrasonic waves, an oxide layer may be formed on the surface of the zinc oxide nanorods without using a catalyst for the formation and growth of the oxide nanorods to grow into a nano-sized layer.

상기 초음파를 인가하여 상기 산화아연 나노막대의 표면에 상기 산화물 나노층을 성장시키는 방법은, 액체에 초음파를 조사할 때 발생하는 공동 효과(cavitation effect)를 이용할 수 있다.The method of growing the oxide nanocrystal on the surface of the zinc oxide nanorods by applying the ultrasonic waves can use a cavitation effect generated when ultrasonic waves are applied to the liquid.

구체적으로 설명하면, 공동(cavitation)은 초음파가 액체상을 지날 때 액체상의 압축 및 팽창의 반복과정에 의해 형성되며, 팽창시 음의 압력의 영향으로 성장하다 압축 과정에서 임계값에 도달하게 되면 붕괴하게 된다. 초음파에 의한 공동(cavitation)의 형성, 성장 및 붕괴의 과정을 공동 효과(cavitation effect)라고 한다. 이러한 공동 효과에 의한 미세기공(micro-bubble)이 붕괴될 때 순간적으로 약 5,000K의 고온과 약 200bar의 높은 압력이 생성되게 되는데, 이와 같은 고온과 고압에 의해 산화물 전구체의 분해가 일어나고, 그 결과로 발생된 산화물 양이온이 물에 존재하는 산소(O)와 반응하여 산화물을 형성하고, 연속 반응을 통해 나노층의 형태로 성장하게 된다. 이때 전체적인 시스템은 상온 및 상압으로 유지된다.Specifically, cavitation is formed by repetitive processes of compression and expansion of a liquid phase when an ultrasonic wave passes through a liquid phase, and grows under the influence of a negative pressure upon expansion. When cavitation reaches a critical value in a compression process, do. The process of cavitation formation, growth and collapse by ultrasound is called the cavitation effect. When the micro-bubble collapses due to such a joint effect, a high temperature of about 5,000 K and a high pressure of about 200 bar are instantaneously generated. Such high temperature and high pressure cause the decomposition of the oxide precursor, The oxide cations generated in the reaction are reacted with oxygen (O) present in water to form oxides and grow in the form of nano-layers through continuous reaction. At this time, the whole system is maintained at room temperature and normal pressure.

이와 같이, 상온 및 상압 상태에서 약 40분 이내의 짧은 합성 시간 내에 고품질의 산화물 나노층을 수많은 산화아연 나노막대의 표면에 골고루 코팅할 수 있고, 이는 기판의 제약 없이 대면적으로도 적용할 수 있다. As described above, a high-quality oxide nano-layer can be evenly coated on the surface of a large number of zinc oxide nanorods within a short synthesis time of about 40 minutes at normal temperature and atmospheric pressure, and this can be applied to a large area without restriction of the substrate .

상기 초음파를 인가한 후, 상기 산화물 나노층이 표면에 성장된 산화아연 나노막대를 소성하는 단계를 추가로 진행할 수 있다.After the ultrasonic wave is applied, the step of firing the zinc oxide nanorods having the oxide nanorods grown on the surface thereof may be further performed.

상기 소성 공정은 70 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 구체적으로는 400 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한 상기 소성 공정은 30분 내지 1시간 동안 수행될 수 있다. 상기 소성 공정이 상기 온도 및 시간 범위 내에서 수행될 경우 불순물 및 수분이 포함되지 않은 산화아연 나노막대 복합재를 제조할 수 있다.The firing process may be performed at a temperature of 70 to 500 ° C, and more specifically, at a temperature of 400 to 500 ° C. The firing process may be performed for 30 minutes to 1 hour. When the firing process is performed within the temperature and time range, a zinc oxide nanorod composite free of impurities and moisture can be produced.

이와 같은 방법으로 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시켜 얻은 산화아연 나노막대 복합재는 가시광에 대해 투과율의 변화가 없다. 이와 함께 상기 산화아연 나노막대 복합재는 염료감응 태양전지에서의 광흡수 물질로 사용되는 경우 염료로부터 주입된 전자의 재결합 현상을 감소시킴으로써 태양광에 의해 생성된 전자를 효율적으로 사용할 수 있게 한다.The zinc oxide nanorod composite obtained by growing the oxide nanorods on the surface of the zinc oxide nanorods in this manner has no change in transmittance with respect to visible light. In addition, when the zinc oxide nanodoblock composite is used as a light absorbing material in a dye-sensitized solar cell, the recombination phenomenon of electrons injected from the dye is reduced, thereby enabling efficient use of electrons generated by the sunlight.

이로부터 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법으로 제조되는 산화아연 나노막대 복합재를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a zinc oxide nanorod composite made by the method of manufacturing the zinc oxide nanorod composite.

상기 산화아연 나노막대 복합재는 산화아연 나노막대 및 상기 산화아연 나노막대의 표면에 위치하는 산화물 나노층을 포함한다.The zinc oxide nanorod composite comprises a zinc oxide nanorod and an oxide nanorod located on the surface of the zinc oxide nanorod.

상기 산화아연 나노막대는 폭과 길이를 가지며, 폭에 대한 길이의 비율을 장경비(aspect ratio)라 한다. 상기 장경비는 상기 산화아연 나노막대의 비표면적과 비례하며, 구체적으로 상기 장경비가 작으면 상기 산화아연 나노막대의 비표면적이 작은 것을 의미하고, 상기 장경비가 크면 상기 산화아연 나노막대의 비표면적이 큰 것을 의미한다.The zinc oxide nanorods have a width and a length, and a ratio of the length to the width is referred to as an aspect ratio. The long length ratio is proportional to the specific surface area of the zinc oxide nanorods. Specifically, when the long length is small, the zinc oxide nanorods have a small specific surface area. If the long length is large, Which means that the surface area is large.

구체적으로, 상기 산화아연 나노막대는 30 내지 200 nm의 폭 및 3 내지 10 ㎛의 길이를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 50 내지 100 nm의 폭 및 5 내지 10 ㎛의 길이를 가질 수 있다. 상기 산화아연 나노막대가 상기 범위 내의 폭 및 길이를 가질 경우 염료감응 태양전지에서의 광활성층으로 사용시 염료의 흡착량이 높아 전류가 증가함에 따라 효율이 증가할 수 있으며, 수직 배향성을 유지하여 소자 성능 및 생산 효율이 향상될 수 있다. Specifically, the zinc oxide nanorods may have a width of 30 to 200 nm and a length of 3 to 10 탆, more specifically, a width of 50 to 100 nm and a length of 5 to 10 탆. When the zinc oxide nanorods have a width and a length within the above range, the efficiency of the photoactive layer in the dye-sensitized solar cell can be increased as the current increases, and the vertical orientation can be maintained, The production efficiency can be improved.

상기 산화아연 나노막대는 무배향성 또는 수직배향성을 가질 수 있고, 이들 중 좋게는 수직배향성을 가질 수 있다. 수직배향된 산화아연 나노막대가 더 많은 염료를 흡착하고, 광감응 염료에서 발생된 전자의 평행자유행로(mean free path)를 증가시키는 특성을 가진다.The zinc oxide nanorods may have a non-oriented or vertical orientation, and of these, preferably, they may have a vertical orientation. Vertically oriented zinc oxide nanorods adsorb more dyes and increase the mean free path of electrons generated from the photosensitive dye.

상기 산화아연 나노막대는 단결정일 수 있다. 산화아연은 결정학적으로 육방정계(hexagonal) 구조를 가지며, 나노막대를 제조하기에 유리한 재료적 특성을 가지고 있다. 또한 TiO2, SnO2 등의 다른 무기 산화물에 비해서 잘 정렬된 단결정(single crystalline) 나노막대를 제조할 수 있어, 염료감응 태양전지에 유용하게 사용될 수 있다.The zinc oxide nanorods may be single crystals. The zinc oxide has a hexagonal structure crystallographically and has a material characteristic favorable for manufacturing nanorods. In addition, a single crystalline nanorod can be prepared which is well aligned with other inorganic oxides such as TiO 2 and SnO 2, and thus can be usefully used in a dye-sensitized solar cell.

상기 산화아연 나노막대의 표면에 코팅되는 상기 산화물 나노층은 Co, Cu, Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, In, TiSr 또는 이들의 조합을 포함하는 금속의 산화물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 중 좋게는 TiO2, SnO2, ZnO, CoO, CuO2, Nb2O5, TiSrO3 또는 이들의 조합을 사용할 수 있고, 이들 중 더욱 좋게는 TiO2, ZnO, CoO, CuO2 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. The oxide nano-layer coated on the surface of the zinc oxide nanorods may include at least one of Co, Cu, Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, , Sm, Ga, In, TiSr, or a combination of these metals, but is not limited thereto. Of these, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, CoO, CuO 2 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 or a combination thereof can be preferably used. Of these, TiO 2 , ZnO, CoO, CuO 2 , Combinations can be used.

상기 산화물 나노층은 3 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 15 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 15 내지 25 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 산화물 나노층이 상기 범위 내의 두께로 코팅될 경우 염료감응 태양전지에서의 광흡수 물질로 사용시 광전자의 주입 및 수송에 용이한 구조를 가져 재결합 현상을 최소화하게 됨에 따라 최대의 전자 수확율을 확보할 수 있다. 또한 상기 산화물 나노층에 흡착되는 광감응 염료가 보다 많은 빛을 흡수하도록 상기 산화물 나노층으로 인한 표면적의 감소를 줄일 수 있다.The oxide nano-layer may have a thickness of 3 to 30 nm, more specifically 15 to 30 nm, and more specifically 15 to 25 nm. When the oxide nano-layer is coated to a thickness within the above-mentioned range, it is easy to inject and transport photoelectrons when used as a light absorbing material in a dye-sensitized solar cell, thereby minimizing the recombination phenomenon. . In addition, the decrease of the surface area due to the oxide nano-layer can be reduced so that the photosensitive dye adsorbed on the oxide nano-layer absorbs more light.

상기 산화물 나노층의 두께는 X선 광전자(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 분석과 투과전자 현미경(Transmission electron microscopy, TEM)을 통하여 측정할 수 있다.The thickness of the oxide nano-layer can be measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis and transmission electron microscopy (TEM).

또한 상기 XPS 분석과 TEM 측정을 통하여 상기 산화물 나노층의 결합구조도 분석할 수 있다. 분석 결과, 산화물 나노층의 결합 구조는 코팅 전과 비교하여 큰 변화가 없음을 알 수 있다. Also, the bonding structure of the oxide nanocrystal can be analyzed through the XPS analysis and the TEM measurement. As a result of the analysis, it can be seen that the bonding structure of the oxide nano-layer is not largely changed as compared with before coating.

또한 상기 산화물 나노층은 나노 크기의 비정질(amorphous) 또는 결정질일 수 있고, 높은 가시광선 투과율을 나타낼 수 있다. 상기 산화물 나노층의 두께가 상대적으로 두꺼울 경우 상기 결정질의 구조를 가질 수 있고, 상기 산화물 나노층의 두께가 상대적으로 얇을 경우 상기 비정질의 구조를 가질 수 있다.The oxide nanocrystal may also be nano-sized amorphous or crystalline and exhibit high visible light transmittance. When the oxide nano-layer has a relatively large thickness, it may have the crystalline structure. When the oxide nano-layer has a relatively small thickness, the oxide nano-layer may have the amorphous structure.

상기 산화물 나노층은 무배향성을 가질 수 있다. 구체적으로는, 결정질 또는 비정질의 산화물의 배향성이 무작위(random)로 분포할 수 있다. The oxide nano-layer may have no orientation. Specifically, the orientation of crystalline or amorphous oxides can be distributed randomly.

또 다른 일 구현예에 따르면 상기 산화아연 나노막대 복합재를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다.According to another embodiment, there is provided a dye-sensitized solar cell comprising the zinc oxide nanorod composite.

상기 염료감응 태양전지는 도 2를 참고하여 설명한다.The dye-sensitized solar cell will be described with reference to FIG.

도 2는 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to one embodiment.

도 2를 참고하면, 상기 염료감응 태양전지(100)는 태양광이 입사되어 투과되는 제1 전극(110), 상기 제1 전극(110)과 대향하도록 배치된 제2 전극(120), 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120) 사이에 위치하는 광활성층(130), 그리고 상기 광활성층(130)과 상기 제2 전극(120) 사이에 충진된 전해질(140)을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 전극은 반도체 전극으로 불리기도 하며, 상기 제2 전극은 상대 전극으로 불리기도 한다.Referring to FIG. 2, the dye-sensitized solar cell 100 includes a first electrode 110 through which solar light is incident and transmitted, a second electrode 120 disposed to face the first electrode 110, A photoactive layer 130 positioned between the first electrode 110 and the second electrode 120 and an electrolyte 140 filled between the photoactive layer 130 and the second electrode 120 have. Here, the first electrode may be referred to as a semiconductor electrode, and the second electrode may be referred to as a counter electrode.

상기 제1 전극(110)은 태양광이 입사되어 투과되는 전극으로, 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 형성되는 도전층을 포함한다.The first electrode 110 is an electrode through which sunlight is incident and transmitted, and includes a transparent substrate and a conductive layer formed on the transparent substrate.

상기 투명 기판으로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 갖는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트리아세틸 셀룰로오스, 또는 이들의 공중합체 등의 플라스틱; 또는 유리를 들 수 있다.The transparent substrate may be any material having transparency so that external light can be incident thereon. Specific examples thereof include plastics such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polypropylene, polyimide, triacetylcellulose, and copolymers thereof; Or glass.

또한 상기 투명 기판은 Ti, In, Ga 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 물질로 도핑될 수 있다.The transparent substrate may be doped with a material selected from the group consisting of Ti, In, Ga and Al.

상기 도전층은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide, FTO), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 주석계 산화물, 안티몬 틴 산화물(antimony tin oxide, ATO), 아연 산화물(zinc oxide), 또는 이들의 조합의 전도성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 이들 중 좋게는 전도성, 투명성 및 내열성이 우수한 SnO2 또는 비용 면에서 저렴한 ITO를 포함할 수 있다. 상기 도전층은 상기 전도성 금속 산화물의 단일막 또는 다층막으로 이루어질 수 있다.The conductive layer may include at least one of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO- (Ga 2 O 3 or Al 2 O 3 ), tin oxide, antimony tin oxide tin oxide (ATO), zinc oxide, or a combination thereof. Among these, SnO 2 excellent in conductivity, transparency and heat resistance or ITO inexpensive in cost can be included. The conductive layer may be formed of a single layer or a multi-layered film of the conductive metal oxide.

상기 제2 전극(120)은 투명 기판과, 상기 제1 전극과 대향 배치되도록 상기 투명 기판 위에 형성되는 전극층을 포함할 수 있다. 상기 전극층은 투명 전극 및 촉매 전극(미도시)을 포함할 수 있다.The second electrode 120 may include a transparent substrate and an electrode layer formed on the transparent substrate to be opposed to the first electrode. The electrode layer may include a transparent electrode and a catalyst electrode (not shown).

상기 투명 기판은 제1 전극에서와 동일하게 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.  The transparent substrate may be made of glass or plastic as in the first electrode.

상기 투명 기판 위에 형성되는 상기 투명 전극은 인듐 틴 산화물, 플루오린 틴 산화물, 안티몬 틴 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 이때 상기 투명 전극은 상기 투명 물질의 단일막 또는 다층막으로 이루어질 수 있다. The transparent electrode formed over the transparent substrate is indium tin oxide, fluorine tin oxide, antimony tin oxide, zinc oxide, tin oxide, ZnO-Ga 2 O 3, ZnO-Al 2 O 3 And the like. At this time, the transparent electrode may be a single layer or a multi-layered film of the transparent material.

또한 상기 투명 전극의 표면에는 광산란 효과를 증가시킬수 있도록 요철이 형성될 수도 있다. 상기 요철은 계단 형상, 침상, 메쉬(mesh) 형상, 스크래치(scratch) 형상, 스카(scar) 형상의 구조를 가질 수 있다.Also, irregularities may be formed on the surface of the transparent electrode to increase the light scattering effect. The irregularities may have a stair shape, a needle shape, a mesh shape, a scratch shape, and a scar shape.

상기 촉매 전극은 산화-환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, Pt, Au, Ru, WO3, TiO2 및 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 포함할 수 있다.The catalytic electrode serves to activate a redox couple, and may include a conductive material such as Pt, Au, Ru, WO 3 , TiO 2, and a conductive polymer.

상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120)의 사이 공간으로 전해질(140)이 함침되며, 함침된 전해질(140)은 상기 광활성층(130) 내부의 산화아연 나노막대 복합재의 사이에 형성된 기공 내부로까지 균일하게 분산될 수 있다.The electrolyte 140 is impregnated into the space between the first electrode 110 and the second electrode 120 and the impregnated electrolyte 140 is injected into the space between the zinc oxide nanodoblock composites in the photoactive layer 130 It can be uniformly dispersed even into the formed pores.

상기 전해질(140)은 액상의 전해액 또는 고상의 전해질일 수 있다.The electrolyte 140 may be a liquid electrolyte or a solid electrolyte.

상기 전해액은 아이오다이드(iodide)/트리오다이드(triodide) 쌍으로서 산화 환원에 의해 제2 전극(120)으로부터 전자를 받아 광감응 염료의 분자에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. The electrolyte solution is an iodide / triodide pair, which receives electrons from the second electrode 120 by redox reaction and transfers the electrons to molecules of the photosensitive dye.

상기 전해액으로는 요오드를 아세토나이트릴에 용해시킨 용액 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.As the electrolyte solution, a solution in which iodine is dissolved in acetonitrile may be used. However, the electrolyte solution is not limited thereto, and any solution may be used as long as it has a hole conduction function.

상기 광활성층(130)은 전술한 산화아연 나노막대 복합재 및 상기 산화아연 나노막대 복합재의 표면에 흡착되는 광감응 염료(미도시)를 포함하는 광전극층(미도시)을 포함할 수 있다. The photoactive layer 130 may include a photoelectrode layer (not shown) including a photo sensitive dye (not shown) adsorbed on the zinc oxide nanorod composite and the zinc oxide nanorod composite.

상기 산화아연 나노막대 복합재는 산화아연 나노막대(130b) 및 상기 산화아연 나노막대(130b)의 표면에 위치하는 산화물 나노층(130a)을 포함한다. The zinc oxide nanorod composite includes a zinc oxide nanorod 130b and an oxide nanorod 130a located on the surface of the zinc oxide nanorod 130b.

상기 산화아연 나노막대(130b)는 초음파화학 성장법을 이용하여 상기 제1 기판(110)으로부터 성장된 것으로, 상기 광감응 염료에서 생성된 전자를 받아 전극으로 수송시 1차원의 나노구조로 인해 전자의 평균 자유 행로(mean free path)가 매우 크기 때문에 소자의 전류 손실을 최소화하는 역할을 한다.The zinc oxide nanorods 130b are grown from the first substrate 110 by using an ultrasonic chemical growth method. The zinc oxide nanorods 130b receive electrons generated from the photosensitive dye, The mean free path of the device is so large that it minimizes the current loss of the device.

상기 광감응 염료는 상기 산화아연 나노막대 복합재의 표면에 흡착되어, 구체적으로는 상기 산화물 나노층(130a)의 표면에 흡착되어 가시광을 흡수하여 여기 전자를 생성할 수 있다. The photosensitizing dye is adsorbed on the surface of the zinc oxide nanorod bar composite material, and specifically adsorbed on the surface of the oxide nanolayer 130a to absorb visible light to generate excited electrons.

상기 광감응 염료는 Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir, Ru 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다. 상기 Ru은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있어, Ru을 포함하는 염료가 일반적으로 많이 사용된다. 일례로, Ru(etc bpy)2(NCS)2ㆍ2CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2로서 다공질막(일 예로 TiO2) 표면과 결합 가능한 반응기이다. The light-sensitive dye may be a metal complex including Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir, Ru, and the like. The Ru can form many organometallic complexes as an element belonging to the platinum group, and a dye containing Ru is generally used in many cases. For example, Ru (etc bpy) 2 (NCS) 2 .2CH 3 CN type is widely used. Here, etc are (COOEt) 2 or (COOH) 2 and reactable with the surface of a porous film (for example, TiO 2 ).

또한 상기 광감응 염료는 유기 색소 등을 포함하는 염료를 사용할 수도 있다. 상기 유기 색소로는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 키산틴(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethan) 등이 있다. 이들은 단독 또는 Ru 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.The above-mentioned photosensitive dye may be a dye containing an organic dye or the like. The organic coloring matters include coumarin, porphyrin, xanthene, riboflavin, triphenylmethan, and the like. These can be used alone or in combination with the Ru complex to improve the photoelectric conversion efficiency by improving absorption of visible light of a long wavelength.

상기 광전극층은 산화아연 나노막대 복합재들 사이의 간극에 따른 기공을 포함할 수 있다.The photoelectrode layer may include pores along a gap between the zinc oxide nanorod composites.

도 3은 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 산화아연 나노막대의 표면에 코팅된 산화물 나노층이 입사광에 의해 생성된 전자의 거동에 미치는 영향을 보여주는 모식도이다. FIG. 3 is a schematic view showing the effect of an oxide nanolayer coated on the surface of a zinc oxide nanorods on the behavior of electrons generated by incident light in a dye-sensitized solar cell according to an embodiment.

도 3을 참고하면, 상기 염료감응 태양전지(200)는 제1 전극(210) 및 상기 제1 전극(210) 위에 형성되는 광활성층(230)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the dye-sensitized solar cell 200 includes a first electrode 210 and a photoactive layer 230 formed on the first electrode 210.

이때 상기 광활성층(230)을 투과한 광이 염료에 감응하여 발생되는 전자가 산화아연 나노막대(230b)로 주입된 전류(II), 이미 주입된 전자가 다시 광감응 염료의 정공과 결합하는 재결합에 의해 생성된 전류(IR), 그리고 염료감응 태양전지의 단락 전류(ISC)는 하기 수학식 1과 같은 관계를 가진다.At this time, the electric current I I injected into the zinc oxide nanorods 230b generated by the light transmitted through the photoactive layer 230 in response to the dye, the electrons already injected are recombined with the holes of the photosensitive dye The current I R generated by the recombination, and the short-circuit current I SC of the dye-sensitized solar cell have the relationship expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

ISC = II - IR I SC = I I - I R

수학식 1에서, II 값은 자외선-가시광 분광기(UV-VIS spectroscopy) 측정을 이용하여 얻을 수 있다. 결과적으로, 상기 염료감응 태양전지의 단락 전류(ISC)를 측정하면 산화아연 나노막대의 표면에 코팅되는 산화물 나노층에서 일어나는 재결합에 의한 전자의 거동을 분석할 수 있다. 이때 산화물 나노층의 코팅 두께를 통하여 재결합 현상을 최소화시킬 수 있다. 다시 말하면 상기 산화물 나노층의 두께가 3 내지 30 nm 일 경우 광감응 염료와 아연의 결합물의 잔류가 적어 재결합 현상을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.In Equation (1), the I I value can be obtained using an ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS spectroscopy) measurement. As a result, by measuring the short-circuit current (I SC ) of the dye-sensitized solar cell, the behavior of electrons due to recombination occurring in the oxide nanorods coated on the surface of the zinc oxide nanorods can be analyzed. At this time, the recombination phenomenon can be minimized through the coating thickness of the oxide nano-layer. In other words, when the thickness of the oxide nano-layer is 3 to 30 nm, the remnant of the combination of the photosensitive dye and the zinc is small, so that the recombination phenomenon can be reduced and the performance of the device can be improved.

또한 상기 산화물 나노층은 적절한 표면 보상도(surface coverage)를 가질 수 있고, 구체적으로는 도 2에서와 같이 일정한 두께로 코팅된 구조를 가질 수 있다. 상기 표면 보상도는 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층이 어느 정도 코팅되어 있는지를 나타내는 수치로서, 코팅될 수 있는 산화아연 나노막대의 비표면적 대비 실제 코팅된 산화아연 나노남ㄱ대의 비표면적의 비율을 의미한다.In addition, the oxide nano-layer may have an appropriate surface coverage, and specifically, it may have a structure coated with a certain thickness as shown in FIG. The surface compensation degree is a numerical value indicating the extent to which the oxide nanorods are coated on the surface of the zinc oxide nanorods. The surface compensation index is a value of the specific surface area of the coated zinc oxide nanorods versus the specific surface area of the zinc oxide nanorods Ratio.

상기 광활성층은 3 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 6 내지 9 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 광활성층의 두께가 상기 범위 내일 경우 최적의 염료 흡착력과 표면코팅 효과를 볼 수 있다. The photoactive layer may have a thickness of 3 to 10 mu m, and more specifically, may have a thickness of 6 to 9 mu m. When the thickness of the photoactive layer is within the above range, the optimum dye adsorption ability and surface coating effect can be seen.

상기 염료감응 태양전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The dye-sensitized solar cell can be produced by the following method.

투명 기판 위에 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성하여 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 초음파화학 성장법을 이용하여 산화아연 나노막대를 성장시키는 단계, 상기 산화아연 나노막대의 표면에 초음파화학 성장법을 이용하여 산화물 나노층을 성장시켜 산화아연 나노막대 복합재를 형성하는 단계, 상기 산화아연 나노막대 복합재에 광감응 염료를 흡착시켜 광활성층을 형성하는 단계, 그리고 상기 광활성층을 덮어 제2 전극을 형성한 후 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.Forming a first electrode by forming a conductive layer including a conductive material on a transparent substrate, growing zinc oxide nanorods on the first electrode using ultrasonic chemical growth, forming a surface of the zinc oxide nanorods Forming a zinc oxide nanorod composite by growing an oxide nanorod using an ultrasonic chemical growth method; forming a photoactive layer by adsorbing the photoactive dye on the zinc oxide nanorod composite; And then injecting an electrolyte after forming the second electrode.

상기 제1 전극은 앞에서 설명한 바와 동일하며, 그 제조 방법은 통상의 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 일례로 상기 제1 전극은 투명 기판 상에 전해도금 또는 스퍼터링, 전자빔증착 등과 같은 물리기상증착(PVD) 방법을 이용하여 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성함으로써 제조될 수 있다.The first electrode is the same as that described above, and the manufacturing method thereof can be manufactured according to a usual manufacturing method. For example, the first electrode may be formed by forming a conductive layer containing a conductive material on a transparent substrate using a physical vapor deposition (PVD) method such as electrolytic plating, sputtering, or electron beam evaporation.

상기 제1 전극 상에 산화아연 나노입자 및 선택적으로 바인더를 용매 중에 분산시켜 제조된 산화아연 나노막대 형성용 조성물을 도포한 후, 열처리 또는 메커니컬 네킹 처리하여 산화아연 나노막대를 형성한다.A composition for forming zinc oxide nanorods prepared by dispersing zinc oxide nanoparticles and optionally a binder in a solvent on the first electrode is coated and then heat treated or mechanically necked to form zinc oxide nanorods.

상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드 공중합체, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피리딘 및 스티렌-부타디엔 고무 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.The binder may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride copolymer, polyvinyl chloride, polyvinyl pyridine and styrene-butadiene rubber.

상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈 등이 사용될 수 있다.Examples of the solvent include alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol and butyl alcohol, water, dimethyl sulfoxide and N-methyl pyrrolidone.

상기 산화아연 나노막대를 제1 전극 상에 성장시키는 공정은 조성물의 종류에 따라 기상증착법, 수열합성법, 레이저 어블레이션법, 전기영동법, 초음파 화학성장법 또는 이들의 조합의 방법으로 실시될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 중에서 성장 온도 및 시간 면에서 효율적인 상기 초음파 화학성장법을 사용할 수 있다.The step of growing the zinc oxide nanorods on the first electrode may be performed by a vapor deposition method, a hydrothermal synthesis method, a laser ablation method, an electrophoresis method, an ultrasonic chemical growth method, or a combination thereof depending on the kind of the composition. But is not limited thereto. Among them, the ultrasonic chemical growth method which is effective in growth temperature and time can be used.

상기 제1 전극 위에 성장된 산화아연 나노막대에 대하여 열처리 또는 건조를 실시한다.The zinc oxide nanorods grown on the first electrode are subjected to heat treatment or drying.

열처리는 400 내지 500 ℃에서 10 내지 60 분 정도 실시하고, 건조는 100℃ 이하의 온도에서 실시할 수 있다.The heat treatment may be carried out at 400 to 500 占 폚 for 10 to 60 minutes, and the drying may be carried out at a temperature of 100 占 폚 or less.

이어서, 초음파화학 성장법을 이용하여 상기 산화아연 나노막대 표면에 산화물 나노층을 코팅하여 산화아연 나노막대 복합재를 형성한다.Next, the oxide nanorods are coated on the surface of the zinc oxide nanorods by ultrasonic chemical growth to form a zinc oxide nanorod composite.

이어서, 상기 산화아연 나노막대의 표면이 산화물 나노층으로 코팅된 산화아연 나노막대 복합재에 대해 광감응 염료를 포함하는 분산액을 분사, 도포 또는 침지하여 상기 산화아연 나노막대 복합재에 광감응 염료를 흡착시킨다.Next, the zinc oxide nanodoblock composite having the surface of the zinc oxide nanorods coated with the oxide nanorods is sprayed, coated or immersed with a dispersion containing the photosensitive nanoparticles to adsorb the photosensitive nanoparticles to the zinc oxide nanorod composite .

예를 들어, 상기 침지의 경우, 상기 산화아연 나노막대 복합재가 성장된 제1 전극을 상기 광감응 염료를 포함하는 분산액에 3 내지 12시간 침지하여 상기 광감응 염료가 자연 흡착되도록 하며, 이때 60 내지 90 ℃로 가열하여 흡착시간을 크게 줄일 수 있다. For example, in the case of immersion, the first electrode on which the zinc oxide nanorod composite is grown is immersed in the dispersion containing the photo-sensitive dye for 3 to 12 hours to naturally adsorb the photo-sensitive dye, The adsorption time can be greatly reduced by heating to 90 ° C.

상기 광감응 염료로는 앞에서 설명된 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 또한 상기 광감응 염료를 분산시키는 용매로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 아세토니트릴, 디클로로메탄, 알코올계 용매 등을 사용할 수 있다. 상기 알코올계 용매로는 에탄올, t-부틸알코올 등을 들 수 있다.As the photosensitive dye, there may be used the same ones as described above. The solvent for dispersing the photosensitive dye is not particularly limited, but acetonitrile, dichloromethane, alcohol solvents and the like can be used. Examples of the alcohol-based solvent include ethanol, t-butyl alcohol, and the like.

상기 광감응 염료를 포함하는 분산액은 장파장의 가시광 흡수를 개선하여 효율을 향상시키기 위하여 다양한 컬러의 유기 색소를 더 포함할 수 있다.The dispersion containing the photosensitive dye may further include organic pigments of various colors to improve the efficiency of absorbing visible light of a long wavelength.

상기 염료를 흡착시킨 후, 용매 세척 등의 방법으로 세척함으로써 광활성층을 단일층으로 제조할 수 있다.After the dye is adsorbed, the photoactive layer may be prepared as a single layer by washing with a solvent or the like.

이어서 별도로 제2 전극을 준비한 후, 상기 광감응 염료가 흡착된 제1 전극과 접합한다.Subsequently, a second electrode is separately prepared, and then the light-sensitive dye is bonded to the adsorbed first electrode.

상기 제2 전극은 앞에서 설명한 바와 같이 투명 기판, 투명 전극 및 촉매 전극을 포함하며, 상기 구조를 가지는 제2 전극은 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다. The second electrode includes a transparent substrate, a transparent electrode, and a catalyst electrode as described above, and the second electrode having the above structure can be manufactured by a conventional manufacturing method.

상기 촉매 전극는 상기 투명 전극 위에 알코올 등과 같은 유기 용매에 용해된 촉매 전구체 용액, 예를 들면, H2PtCl6 용액을 도포한 후 공기 중 또는 산소 분위기에서 400℃ 이상의 고온 열처리로 형성될 수도 있고, 또는 전해도금, 또는 스퍼터링, 전자빔증착 등과 같은 물리기상증착(PVD) 방법으로 형성될 수도 있다. The catalyst electrode may be formed by applying a catalyst precursor solution dissolved in an organic solvent such as alcohol or the like, for example, a H 2 PtCl 6 solution on the transparent electrode, followed by a high-temperature heat treatment at 400 ° C or higher in an air or oxygen atmosphere, Electroplating, or physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, electron beam evaporation, or the like.

상기 광활성층이 형성된 제1 전극과 상기 제2 전극과의 접합은 통상의 방법에 의해 실시될 수 있다. 구체적으로는 열가소성 고분자 필름, 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제 등의 접착제; 또는 초음파, 열, 적외선, 진동 등에 의한 용착 또는 용접법에 의해 서로 면 접합할 수 있다. 상기 열가소성 고분자 필름을 사용하는 경우 두 전극 사이에 위치시킨 후 가열 압착하여 밀폐시키고, 상기 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제를 사용하는 경우 열처리 또는 UV 처리하여 경화시킴으로써 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 접합 및 밀폐시킨다.The bonding of the first electrode having the photoactive layer and the second electrode may be performed by a conventional method. Specifically, adhesives such as a thermoplastic polymer film, an epoxy resin, or an ultraviolet (UV) curing agent; Or they can be bonded to each other by welding or welding by ultrasonic waves, heat, infrared rays, vibration, or the like. When the thermoplastic polymer film is used, the thermoplastic polymer film is placed between two electrodes, and is then thermally compressed and sealed. When the epoxy resin or ultraviolet (UV) curing agent is used, the first and second electrodes Respectively.

이어서 제2 전극을 관통하는 미세 홀을 형성하고 이 홀을 통해 두 전극 사이의 공간에 전해질을 주입하여 염료감응 태양전지를 제조한다.Then, a fine hole passing through the second electrode is formed, and an electrolyte is injected into the space between the two electrodes through the hole to manufacture a dye-sensitized solar cell.

상기 전해질은 앞서 설명한 바와 동일하며, 전해액의 주입방법은 통상의 방법으로 실시될 수 있다.The electrolyte is the same as that described above, and the electrolyte may be injected by a conventional method.

상기 염료감응 태양전지의 제조방법에 따르면, 별도의 촉매 사용 없이 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 직접 생성 및 성장시킬 수 있다. 또한 상기 산화물 나노층은 초음파 에너지 사용으로 인해 기존의 제조시간보다 단축시킬 수 있고, 상기 산화물 나노층은 광전극층에 영향을 주지 않기 때문에 우수한 안정성을 유지할 수 있다.According to the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell, the oxide nano-layer can be directly formed and grown on the surface of the zinc oxide nanorod without using any catalyst. Further, the oxide nano-layer can be shortened compared with the conventional manufacturing time due to the use of ultrasonic energy, and the oxide nano-layer can maintain excellent stability since it does not affect the photo-electrode layer.

상기 산화아연 나노막대의 표면 코팅층에 의한 재결합 현상의 감소는 염료감응 태양전지의 단락회로 전류밀도(short circuit photocurrent density, JSC)를 증가시켜 최종적으로 에너지 변환 효율(energy conversion efficiency)을 증가시킨다.The reduction of the recombination phenomenon due to the surface coating layer of the zinc oxide nanorods increases the short circuit photocurrent density (J SC ) of the dye-sensitized solar cell to ultimately increase the energy conversion efficiency.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.

실시예Example 1 One

(1) 아연 아세테이트 디하이드레이트(zinc acetate dehydrate, ZAD) 분말 4g을1000ml 용기에 들어있는 700ml의 탈이온수와 혼합하여 용해시킨 후, 온도를 90℃까지 올렸다. 이후 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 유리 기판(TECTM-8, Pilkington TEC Glass社)을 상기 혼합 용액이 들어있는 용기에 담근 뒤 용기 중심의 구멍으로 초음파 프로브를 삽입하고, 초음파 에너지를 1시간 동안 인가하여 산화아연 나노막대를 성장시켰다. 형성된 산화아연 나노막대의 폭 및 길이는 각각 50 nm 및 5㎛ 이었으며, 상기 FTO 유리 기판에 수직 배향을 나타내었다.(1) 4 g of zinc acetate dehydrate (ZAD) powder was mixed with 700 ml of deionized water in a 1000 ml container to dissolve, and the temperature was raised to 90 ° C. Subsequently, a fluorine-tin oxide (FTO) glass substrate (TEC TM -8, Pilkington TEC Glass) was immersed in a container containing the mixed solution, and an ultrasonic probe was inserted into the hole at the center of the container. Ultrasonic energy was applied for 1 hour To grow zinc oxide nanorods. The width and length of the formed zinc oxide nanorods were 50 nm and 5 탆, respectively, and showed a vertical orientation on the FTO glass substrate.

티타늄 4염화물(TiCl4)을 1000ml 용기에 들어있는 200ml의 탈이온수와 혼합하여 용해시켜 TiO2 전구체 용액을 제조하였다. 이어서 상기 산화아연 나노막대가 성장된 FTO 유리 기판이 고정되어 있는 테프론 재질의 틀을 상기 전구체 용액이 들어있는 용기에 끼운 뒤 용기 중심의 구멍으로 초음파 프로브를 삽입하고, 초음파 에너지를 인가하여, 상기 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시켰다. 이때 인가 전압은 750 W, 주파수는 20 kHz, 진폭은 40% 였다. A titanium tetrachloride (TiCl 4) was dissolved in a mixture containing 200ml of deionized water and in a 1000ml vessel to prepare a TiO 2 precursor solution. Next, the Teflon mold having the FTO glass substrate on which the zinc oxide nanorods are grown is inserted into a container containing the precursor solution, an ultrasonic probe is inserted into the hole at the center of the container, ultrasonic energy is applied, An oxide nanostructure was grown on the surface of the zinc nanorod. The applied voltage was 750 W, the frequency was 20 kHz, and the amplitude was 40%.

상기 산화물 나노층이 성장된 산화아연 나노막대를 400℃에서 30분 동안 소성하여, 산화아연 나노막대의 표면에 코팅된 산화물 나노층, 즉, 산화아연 나노막대 복합재를 제조하였다. 이때 산화물 나노층의 두께는 20 nm 이었다. The zinc oxide nanorods on which the oxide nanorods were grown were fired at 400 ° C for 30 minutes to prepare oxide nanorods, that is, zinc oxide nanorod composites coated on the surface of the zinc oxide nanorods. At this time, the thickness of the oxide nano-layer was 20 nm.

(2) 상기 산화아연 나노막대 복합재가 형성된 FTO 유리 기판, 즉, 제1 전극을, 에탄올 및 t-부틸알코올의 혼합 용매에 N719 염료(DYESOL社)가 분산된 분산액에 넣고 80℃에서 3시간 방치하여 염료가 흡착되도록 하여 광활성층을 형성하였다. (2) The FTO glass substrate on which the zinc oxide nanorod composite was formed, that is, the first electrode, was placed in a dispersion in which N719 dye (DYESOL) was dispersed in a mixed solvent of ethanol and t-butyl alcohol, So that the dye was adsorbed to form a photoactive layer.

이어서 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 투명 기판에 산화주석으로 이루어진 투명 전극과 백금으로 이루어진 촉매 전극을 형성하여 제2 전극을 제조하였다.Then, a transparent electrode made of tin oxide and a catalyst electrode made of platinum were formed on a transparent substrate made of polyethylene terephthalate to prepare a second electrode.

이어서 상기 광활성층이 형성된 제1 전극과 상기 제2 전극을 접합한 다음, 이오도라이트(iodolyte)계 전해액(AN-50™, Solaronix社)을 주입하여 염료감응 태양전지를 제조하였다. Then, a dye-sensitized solar cell was prepared by bonding an iodoly type electrolyte (AN-50 ™, Solaronix) to the first electrode and the second electrode having the photoactive layer formed thereon.

실시예Example 2 2

실시예 1에서 티타늄 4염화물(TiCl4)을 사용하여 TiO2 전구체 용액을 제조한 것 대신 아세트산 아연(Zn(O2CCH3)2)을 사용하여 ZnO 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.Except that the ZnO precursor solution was prepared using zinc acetate (Zn (O 2 CCH 3 ) 2 ) instead of the TiO 2 precursor solution prepared by using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in Example 1 A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3 3

실시예 1에서 티타늄 4염화물(TiCl4)을 사용하여 TiO2 전구체 용액을 제조한 것 대신 아세트산 코발트(Co(CH3COO)2)을 사용하여 CoO 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.Except that the CoO precursor solution was prepared using cobalt acetate (Co (CH 3 COO) 2 ) instead of the TiO 2 precursor solution prepared by using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in Example 1, 1, a dye-sensitized solar cell was prepared.

실시예Example 4 4

실시예 1에서 티타늄 4염화물(TiCl4)을 사용하여 TiO2 전구체 용액을 제조한 것 대신 아세트산 구리(II)(Cu(CO2CH3)2)을 사용하여 CuO2 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.Except that the CuO 2 precursor solution was prepared using copper (II) acetate (Cu (CO 2 CH 3 ) 2 ) instead of the TiO 2 precursor solution prepared by using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in Example 1 , A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1에서 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시키지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the oxide nanorods were not grown on the surface of the zinc oxide nanorods in Example 1.

평가 1: 염료의 흡광도 측정Evaluation 1: Measurement of absorbance of dye

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 광활성층에 대하여 염료의 흡광도를 UV-VIS-NIR 분광기를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
The absorbance of the dye for the photoactive layer prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was measured using a UV-VIS-NIR spectrometer, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 흡광도
(@513nm)
Absorbance
(@ 513 nm)
0.6620.662 0.6470.647 0.6410.641 0.6430.643 0.6350.635

상기 표 1을 통하여, 초음파를 인가하여 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시킨 실시예 1 내지 4의 경우, 산화물 나노층을 성장시키지 않은 비교예 1 대비 513nm 파장에서의 흡광도가 모두 증가한 것을 확인하였다. 이로부터 산화물 나노층이 코팅된 산화아연 나노막대의 염료 흡착량이 증가하였음을 알 수 있다.As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 in which oxide nano-layers were grown on the surface of zinc oxide nanorods by applying ultrasonic waves, the absorbance at a wavelength of 513 nm was increased compared to Comparative Example 1 in which oxide nano- Respectively. From this, it can be seen that the dye adsorption amount of the zinc oxide nanorods coated with the oxide nanorods is increased.

평가 2: 염료감응 태양전지의 효율 측정Evaluation 2: Measurement of efficiency of dye-sensitized solar cell

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 염료감응 태양전지에 대하여 입사광자의 전류변환효율(incident photon to current conversion efficiency, IPCE) 및 효율을 광전자화학적 방법으로 측정하고, 구체적으로는 소자의 광전압에 대한 광전류 (I-V) 곡선을 측정하여 효율을 산정하고, 입사광 파장에 따른 소자의 광전류 변환율을 측정하여 IPCE를 산정하였다. 이렇게 산정된 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
The incident photon to current conversion efficiency (IPCE) and efficiency of the dye-sensitized solar cell prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were measured by a photoelectrochemical method, (IV) curves were measured to determine the efficiency, and the photocurrent conversion rate of the device according to the incident light wavelength was measured to calculate the IPCE. The results thus obtained are shown in Table 2 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 IPCE(%)
(@530nm)
IPCE (%)
(@ 530 nm)
38.5 ± 0.9038.5 ± 0.90 37.8 ± 0.9037.8 ± 0.90 36.2 ± 0.9036.2 ± 0.90 36.5 ± 0.9036.5 ± 0.90 32.3 ± 0.9032.3 ± 0.90
IPCE(%)
(@630nm)
IPCE (%)
(@ 630 nm)
15.7 ± 0.7015.7 ± 0.70 15.2 ± 0.6715.2 ± 0.67 14.5 ± 0.7414.5 ± 0.74 14.5 ± 0.7314.5 ± 0.73 13.6 ± 0.7113.6 ± 0.71
효율(%)efficiency(%) 2.32 ± 0.12.32 ± 0.1 2.30 ± 0.12.30 ± 0.1 2.24 ± 0.12.24 ± 0.1 2.25 ± 0.12.25 ± 0.1 2.05 ± 0.12.05 ± 0.1

상기 표 2를 통하여, 초음파를 인가하여 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시켜 제조된 실시예 1 내지 4의 염료감응 태양전지의 경우, 산화물 나노층을 성장시키지 않은 비교예 1 대비 전류변환효율 및 효율이 모두 우수함을 알 수 있다. In the case of the dye-sensitized solar cell of Examples 1 to 4 prepared by growing an oxide nano-layer on the surface of zinc oxide nanorods by applying ultrasonic waves through the above Table 2, The conversion efficiency and the efficiency are both excellent.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

1: 기판
2: 전구체 용액
3: 초음파 프로브
4: 교반기
10: 초음파 발생 장치
100, 200: 염료감응 태양전지
110, 210: 제1 전극
120: 제2 전극
130, 230: 광활성층
130a, 230a: 산화물 나노층
130b, 230b: 산화아연 나노막대
140: 전해질
240: 요오드 산화환원 전해질
250: 염료
1: substrate
2: Precursor solution
3: Ultrasonic probe
4: Stirrer
10: Ultrasonic generator
100, 200: dye-sensitized solar cell
110, 210: a first electrode
120: second electrode
130, 230: photoactive layer
130a, 230a: an oxide nano-layer
130b, and 230b: zinc oxide nanorods
140: electrolyte
240: iodine redox electrolyte
250: Dye

Claims (20)

산화물 전구체를 포함하는 전구체 용액을 제조하는 단계;
상기 전구체 용액에 산화아연 나노막대가 성장된 기판을 담그는 단계; 및
상기 산화아연 나노막대가 성장된 기판이 담긴 전구체 용액에 초음파를 인가하여 상기 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시키는 단계
를 포함하는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
Preparing a precursor solution comprising an oxide precursor;
Immersing a substrate on which a zinc oxide nanorod is grown in the precursor solution; And
Applying ultrasonic waves to the precursor solution containing the substrate on which the zinc oxide nanorods are grown to grow the oxide nanorods on the surface of the zinc oxide nanorods
≪ / RTI > wherein the zinc oxide nanostructured composite material is a zinc oxide nanostructure.
제1항에 있어서,
상기 산화물 전구체는 티타늄 4염화물, 아세트산 아연, 아세트산 코발트, 아세트산 구리(II) 또는 이들의 조합을 포함하는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the oxide precursor comprises titanium tetrachloride, zinc acetate, cobalt acetate, copper (II) acetate or a combination thereof.
제2항에 있어서,
상기 전구체 용액은 상기 산화물 전구체가 0.05 내지 0.1 M의 농도로 포함된 수용액인 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the precursor solution is an aqueous solution containing the oxide precursor at a concentration of 0.05 to 0.1 M.
제1항에 있어서,
상기 초음파는 700 내지 800 W의 전력으로 수행되는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ultrasonic wave is performed at a power of 700 to 800 W.
제1항에 있어서,
상기 초음파는 10 내지 30 kHz의 주파수로 수행되는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ultrasonic wave is performed at a frequency of 10 to 30 kHz.
제1항에 있어서,
상기 초음파는 30 내지 50 %의 진폭으로 수행되는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ultrasonic wave is performed at an amplitude of 30 to 50%.
제1항에 있어서,
상기 초음파를 인가하는 단계는 상기 전구체 용액을 실온으로 유지하여 수행되는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of applying ultrasonic waves is performed by maintaining the precursor solution at room temperature.
제1항에 있어서,
상기 초음파를 인가하는 단계는 10 내지 40 분 동안 수행되는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of applying ultrasonic waves is performed for 10 to 40 minutes.
제1항에 있어서,
상기 산화아연 나노막대의 표면에 산화물 나노층을 성장시키는 단계 이후,
상기 산화물 나노층이 표면에 성장된 산화아연 나노막대를 소성하는 단계를 더 포함하는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
After the step of growing the oxide nanorods on the surface of the zinc oxide nanorods,
And firing the zinc oxide nanorods having the oxide nanorods grown on the surface thereof.
제9항에 있어서,
상기 소성하는 단계는 70 내지 500 ℃의 온도에서 30분 내지 1시간 동안 수행되는 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the calcining step is carried out at a temperature of 70 to 500 DEG C for 30 minutes to 1 hour.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 산화아연 나노막대 복합재의 제조 방법으로 제조되고,
산화아연 나노막대 및 상기 산화아연 나노막대의 표면에 위치하는 산화물 나노층을 포함하는 산화아연 나노막대 복합재.
A process for producing a zinc oxide nanorod composite material according to any one of claims 1 to 10,
A zinc oxide nanorod composite comprising a zinc oxide nanorod and an oxide nanorod located on the surface of the zinc oxide nanorod.
제11항에 있어서,
상기 산화아연 나노막대는 30 내지 200 nm의 폭 및 3 내지 10 ㎛의 길이를 가지는 산화아연 나노막대 복합재.
12. The method of claim 11,
Wherein the zinc oxide nanorods have a width of 30 to 200 nm and a length of 3 to 10 m.
제11항에 있어서,
상기 산화아연 나노막대는 무배향성 또는 수직배향성을 가지는 산화아연 나노막대 복합재.
12. The method of claim 11,
Wherein the zinc oxide nanorods have a non-oriented or vertical orientation.
제11항에 있어서,
상기 산화아연 나노막대는 단결정인 산화아연 나노막대 복합재.
12. The method of claim 11,
Wherein the zinc oxide nanorod is a single crystal zinc oxide nanorod composite.
제11항에 있어서,
상기 산화물 나노층은 Co, Cu, Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, In, TiSr 또는 이들의 조합을 포함하는 금속의 산화물을 포함하는 산화아연 나노막대 복합재.
12. The method of claim 11,
The oxide nano-layer may be at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, ≪ / RTI > wherein the zinc oxide nanostructure comprises an oxide of a metal.
제11항에 있어서,
상기 산화물 나노층은 3 내지 30 nm의 두께를 가지는 산화아연 나노막대 복합재.
12. The method of claim 11,
Wherein the oxide nano-layer has a thickness of 3 to 30 nm.
제11항에 있어서,
상기 산화물 나노층은 무배향성을 가지는 산화아연 나노막대 복합재.
12. The method of claim 11,
Wherein the oxide nano-layer is a non-oriented zinc nano-nanobar composite.
태양광이 입사되어 투과되는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하도록 배치된 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광활성층; 및
상기 광활성층과 상기 제2 전극 사이에 충진된 전해질을 포함하고,
상기 광활성층은 제11항의 산화아연 나노막대 복합재 및 상기 산화아연 나노막대 복합재의 표면에 흡착되는 광감응 염료를 포함하는 염료감응 태양전지.
A first electrode through which sunlight is incident and transmitted;
A second electrode arranged to face the first electrode;
A photoactive layer positioned between the first electrode and the second electrode; And
And an electrolyte filled between the photoactive layer and the second electrode,
Wherein the photoactive layer comprises the zinc oxide nanorod composite according to claim 11 and a photosensitizing dye adsorbed on the surface of the zinc oxide nanorod composite.
제18항에 있어서,
상기 광활성층은 3 내지 10 ㎛의 두께를 가지는 염료감응 태양전지.
19. The method of claim 18,
Wherein the photoactive layer has a thickness of 3 to 10 mu m.
투명 기판 위에 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성하여 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 초음파화학 성장법을 이용하여 산화아연 나노막대를 성장시키는 단계;
상기 산화아연 나노막대의 표면에 초음파화학 성장법을 이용하여 산화물 나노층을 성장시켜 산화아연 나노막대 복합재를 형성하는 단계;
상기 산화아연 나노막대 복합재에 광감응 염료를 흡착시켜 광활성층을 형성하는 단계; 및
상기 광활성층을 덮어 제2 전극을 형성한 후 전해질을 주입하는 단계
를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
Forming a first electrode by forming a conductive layer including a conductive material on a transparent substrate;
Growing a zinc oxide nanorod on the first electrode using an ultrasonic chemical growth method;
Forming an oxide nanorod layer on the surface of the zinc oxide nanorod using an ultrasonic chemical growth method to form a zinc oxide nanorod composite;
Forming a photoactive layer by adsorbing a photosensitive dye on the zinc oxide nanorod composite; And
Forming a second electrode over the photoactive layer, and injecting an electrolyte
Wherein the dye-sensitized solar cell comprises a dye-sensitized solar cell.
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KR20190083136A (en) * 2018-01-03 2019-07-11 한국과학기술원 System and Method for Capturing and Assaying Biomaterials Using Hybrid Nano-structures Coated with Zinc Oxide

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