KR20150083479A - 금속 산화물의 제조방법 - Google Patents

금속 산화물의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150083479A
KR20150083479A KR1020140002915A KR20140002915A KR20150083479A KR 20150083479 A KR20150083479 A KR 20150083479A KR 1020140002915 A KR1020140002915 A KR 1020140002915A KR 20140002915 A KR20140002915 A KR 20140002915A KR 20150083479 A KR20150083479 A KR 20150083479A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
oxide nanoparticles
metal
nanoparticles
anionic surfactant
Prior art date
Application number
KR1020140002915A
Other languages
English (en)
Inventor
정미희
주무정
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020140002915A priority Critical patent/KR20150083479A/ko
Priority to US14/447,761 priority patent/US9233854B2/en
Publication of KR20150083479A publication Critical patent/KR20150083479A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00—Compounds of zinc
    • C01G9/02—Oxides; Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G1/00—Methods of preparing compounds of metals not covered by subclasses C01B, C01C, C01D, or C01F, in general
    • C01G1/02—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/204—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising zinc oxides, e.g. ZnO
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C01P2004/22—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like with a polygonal circumferential shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

금속 산화물 제조방법이 제공된다. 본 발명의 개념에 따른 금속 산화물 제조방법은 금속 전구체 물질, 염기 물질, 및 증류수를 혼합하여, 준비 용액을 제조하는 것; 상기 준비 용액에 계면 활성제를 첨가하여, 전구체 용액을 형성하는 것; 상기 전구체 내에 금속 산화물 나노입자들을 형성하는 것; 및 상기 금속 산화물 나노입자들에 의해, 다결정 금속 산화물을 제조하는 것을 포함할 수 있다. 상기 다결정 금속 산화물은 시트 또는 나노와이어의 형태를 가질 수 있다.

Description

금속 산화물의 제조방법{Method Of Fabricating Metal Oxide}
본 발명은 금속 산화물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양전지에 사용되는 금속 산화물 다결정의 제조방법에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈에 따라 대체 에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 고갈되지 않는 자연현상, 예를 들어, 태양광선 및 바람 등을 이용한 대체 에너지에 대한 연구가 각광받고 있다.
태양 전지는 태양으로부터 방출되는 빛 에너지를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 구성 물질에 따라, 실리콘 또는 화합물 반도체와 같은 무기 소재로 이루어진 태양전지, 나노결정 산화물 입자 표면에 염료가 흡착된 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cell) 등으로 구분될 수 있다. 태양전지는 에너지의 소오스(source)가 고갈되지 않는다는 점과 친환경적인 에너지라는 점에서 주목받고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 다양한 형상을 갖는 다결정 금속 산화물의 제조에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 금속 산화물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 개념에 따른 금속 산화물 제조방법은 금속 전구체 물질, 염기 물질, 및 증류수를 혼합하여, 준비 용액을 제조하는 것; 상기 준비 용액에 음이온성 계면 활성제를 첨가하여, 전구체 용액을 형성하는 것; 상기 전구체 내에 금속 산화물 나노입자들을 형성하되, 상기 금속 산화물 나노입자들은 금속 양이온 및 산소 음이온을 각각 포함하는 것; 및 상기 금속 산화물 나노입자들의 결합에 의해, 금속 산화물 시트를 제조하는 것을 포함하되, 평면적 관점에서, 상기 금속 산화물 시트는 육각형 형상을 가지고, 다결정 구조를 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 각 금속 산화물 나노입자은 서로 대향하는 일단 및 타단을 가지며, 상기 음이온성 계면활성제는 상기 금속 산화물 나노입자의 일단 및 타단을 덮고, 상기 금속 산화물 나노입자의 측부는 상기 음이온성 계면활성제와 이격될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 각 산화물 나노입자의 측부에서의 결합 반응 속도는 상기 각 금속 산화물 나노입자의 일단 및 타단에서의 결합 반응 속도보다 빠를 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 금속 산화물 시트를 제조하는 것은 상기 금속 산화물 나노입자들을 서로 옆으로 결합시키는 것을 포함하되, 상기 금속 산화물 나노입자들의 상단 및 하단 상에는 계면활성제가 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 음이온성 계면 활성제는 상기 전구체 용액에서 양이온 및 활성제로 해리되고, 상기 활성제는 소수성 작용기 및 상기 소수성 작용기와 결합한 친수성 작용기를 포함하며, 상기 금속 산화물 나노입자들 각각은 상기 음이온성 계면 활성제의 친수성 작용기 및 상기 양전하 이온 사이에 개재될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 음이온성 계면활성제의 친수성 작용기는 상기 각 금속 산화물 나노입자의 금속 양이온 상에 제공되어, 상기 음이온성 계면활성제의 양전하 이온은 상기 각 금속 산화물 나노입자의 산소 음이온 상에 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 금속 산화물 나노입자들을 형성하는 것 및 상기 금속 산화물 시트를 제조하는 것은 상기 전구체 용액의 열처리에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 금속 산화물 제조방법은 금속 전구체 물질, 염기 물질, 및 증류수를 혼합하여, 준비 용액을 제조하는 것; 상기 준비 용액에 양이온성 계면 활성제를 첨가하여, 전구체 용액을 형성하는 것; 및 상기 전구체 용액을 열처리하여, 금속 산화물 나노입자들을 형성하되, 상기 금속 산화물 나노입자들 각각은 금속 양이온 및 산화물 음이온을 포함하는 것; 상기 금속 산화물 나노입자들을 결합시켜, 금속 산화물 나노와이어를 제조하는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 양이온성 계면활성제는 상기 금속 산화물 나노입자들 중에서 적어도 어느 하나의 금속 양이온과 결합하고, 상기 어느 하나의 금속 산화물 나노입자의 산소 음이온은 상기 양이온성 계면활성제로부터 이격될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 어느 하나의 금속 산화물 나노입자의 산소 음이온은 상기 금속 산화물 나노입자들 중에서 다른 하나와 결합할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 양이온성 계면활성제는 전구체 용액 내에서 4차 암모늄 양이온 및 음전하이온으로 해리될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 금속 전구체 용액은 징크 나이트레이트 헥사드레이트를 포함하고, 상기 염기 용액은 헥사메틸렌테트라민을 포함할 수 있다.
본 발명의 금속산화물은 시트, 나노와이어, 또는 디스크 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 금속 산화물은 계면활성제를 사용하여 제조될 수 있다. 사용되는 계면활성제의 종류에 따라, 금속 산화물 나노입자들의 성장 방향이 결정될 수 있다. 금속 산화물은 태양전지용 전극으로 사용될 수 있다. 본 발명의 금속산화물을 포함하는 태양전지는 높은 광 전도도 및 안정성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 이래에 나타나 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물의 제조과정을 도시한 모식도들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물의 제조과정을 도시한 모식도들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물의 제조과정을 도시한 모식도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 개념에 따른 금속 산화물의 제조방법을 설명한다.
도 1 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물의 제조과정을 도시한 모식도들이다.
도 1을 참조하면, 금속 전구체 물질 및 염기 물질을 증류수에 용해시켜, 준비 용액이 제조될 수 있다. 예를 들어, 징크 나이트레이트 헥사드레이트(zinc nitrate hexadrate, Zn(NO3)2?6H2O)가 전구체 물질로 사용되고, 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine: HMTA, C6H12N4)이 염기 물질로 사용될 수 있다. 일 예로, 징크 나이트레이트 헥사드레이트 및 헥사메틸렌테트라민은 각각 25mM의 농도를 가질 수 있다. 염기 물질은 증류수에 용해되어 수산화이온(OH-)을 제공할 수 있다. 준비 용액은 금속 양이온(110, 예를 들어, Zn2 +)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 음이온성 계면활성제(200)가 준비 용액에 첨가되어, 전구체 용액이 제조될 수 있다. 일 예로, 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS)가 음이온성 계면 활성제로 사용될 수 있다. 전구체 용액은 금속 수산화물를 포함할 수 있다. 상기 금속 수산화물은 금속 양이온(110) 및 음이온을 띄는 수산화기(121)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 수산화물은 ZnOH+, Zn(OH)2, Zn(OH)3 -, 및 Zn(OH)4 2- 중에서 선택된 적어도 하나의 아연 수산화물을 포함할 수 있다. 일 예로, 전구체 용액은 Zn(OH)2를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 금속 전구체 용액 내에 금속 산화물 나노입자들(100)이 형성될 수 있다. 금속 수산화물의 축합(condensation) 반응에 의하여, 금속 산화물 나노입자들(100)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 전구체 용액이 약 70℃ 내지 90℃, 보다 바람직하게는 90℃에서 열처리되어, 금속 산화물 나노입자들(100)이 형성될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)의 열처리는 4시간 내지 48시간, 보다 바람직하게는 24시간 동안 진행될 수 있다.
금속 산화물 나노입자들(100)은 금속 양이온(110) 및 상기 금속 양이온(110)과 결합한 산소 음이온(120)을 포함할 수 있다. 금속 양이온(110)은 금속 산화물 나노입자들(100)의 일단(100a)에 배치될 수 있다. 산소 음이온(120)은 금속 산화물 나노입자(100)의 타단(100b)에 배치될 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a)은 타단(100b)과 대향될 수 있다. 음이온성 계면활성제(200)는 전구체 용액에 해리되어, 양전하 이온(201) 및 활성화기(202)를 제공할 수 있다. 활성화기(202)는 친수성 작용기(203) 및 친수성 작용기(203)와 결합한 소수성 작용기(204)를 포함할 수 있다. 친수성 작용기(203)는 음전하를 나타낼 수 있다. 각 금속 산화물 나노입자(100)는 각 음이온성 계면활성제(200)의 친수성 작용기(203) 및 양전하 이온(201) 사이에 배치될 수 있다. 음이온성 계면활성제(200)의 친수성 작용기(203)는 금속 산화물 나노입자(100)의 금속 양이온(110)과 상호작용할 수 있다. 이에 따라, 음이온성 계면활성제(200)의 친수성 작용기(203)는 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a) 상에 제공될 수 있다. 음이온성 계면활성제(200)의 양전하 이온(201)은 각 금속 산화물 나노입자(100)의 산소 음이온(120)과 상호작용할 수 있다. 음이온성 계면활성제(200)의 양전하 이온(201)은 금속 산화물 나노입자(100)의 타단(100b) 상에 제공될 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)은 음이온성 계면활성제(200)에 의해 덮일 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 측부(100c)는 음이온성 계면활성제(200)에 의해 덮이지 않을 수 있다. 여기에서, 금속 산화물 나노입자(100)의 측부(100c)는 상기 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a) 및 타단(100b) 사이에 해당할 수 있다.
도 4를 참조하면, 금속 산화물 나노입자들(100)이 서로 결합하여, 금속 산화물 시트(1000)가 제조될 수 있다. 금속 산화물 시트(1000)는 다결정 구조를 가질 수 있다. 평면적 관점에서, 금속 산화물 시트(1000)는 육각형일 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)의 형성 및 금속 산화물 나노입자들(100)의 결합은 동일한 공정에 의하여 진행될 수 있다. 예를 들어, 앞서 도 3의 예로써 설명한 열처리에 의하여, 금속 산화물 나노입자들(100)이 형성되고, 상기 금속 나노입자들(100)이 서로 결합할 수 있다. 이때, 금속 산화물 나노입자들(100)은 씨드(seed)와 유사한 역할을 할 수 있다.
계면활성제에 의해, 금속 산화물 나노입자들(100)은 일단(100a) 및 타단(100b) 방향으로 결합하기 어려울 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 측부들(100c)은 계면활성제와 이격될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)은 그 측부들(100c)을 통하여 서로 결합할 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 측부(100c)에서의 결합 반응 속도는 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)에서의 결합 반응 속도보다 빠를 수 있다. 음이온성 계면활성제(200)에 의해, 금속 산화물 나노입자들(100)은 서로 옆으로 결합할 수 있다.
도 5를 참조하면, 금속 산화물 시트(1000)가 소결될 수 있다. 금속 산화물 시트(1000)의 소결은 350℃에서 1시간 동안 진행될 수 있다. 금속 산화물 시트(1000)의 소결에 의해, 음이온성 계면활성제(도 5에서 200) 및 불순물이 제거될 수 있다. 이에 따라, 금속 산화물 시트(1000)의 제조가 완성될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물의 제조방법을 도시한 모식도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 6을 참조하면, 양이온성 계면활성제(210)가 준비 용액에 첨가되어, 전구체 용액이 제조될 수 있다. 준비용액은 도 1에서 설명한 바와 동일 또는 유사한 방법에 의하여 제조될 수 있다. 전구체 용액 내에서 양이온성 계면활성제(210)는 4차 암모늄 이온(211) 및 음전하 이온(213)으로 해리될 수 있다. 양이온성 계면활성제(210)는 암모늄염, 예를 들어, tetraethylammonium tetrafluoroborate(TEFB)일 수 있다.
전구체 용액 내에 금속 산화물 나노입자들(100)이 형성될 수 있다. 전구체 용액이 앞서 도 3의 예로써 설명한 바와 동일 또는 유사한 조건에서 열처리되어, 금속 산화물 나노입자(100)가 형성될 수 있다. 계면활성제의 음전하 이온(213)은 금속 산화물 나노입자(100)의 금속 양이온(110)과 상호작용할 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a)은 계면활성제의 음전하 이온(213)에 의해 덮일 수 있다. 4차 암모늄 이온(211)은 4개의 탄화수소기로 인하여, 금속 산화물 나노입자들(100)과 상호작용하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 금속 산화물 나노입자(100)의 산소 음이온(120)은 양이온성 계면활성제(210)와 결합하지 않을 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 타단(100b)은 양이온성 계면활성제(210) 의해 덮이지 않을 수 있다.
도 7을 참조하면, 금속 산화물 나노입자들(100)의 결합에 의해, 금속 산화물 나노와이어(2000)가 형성될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)은 전구체 용액의 열처리에 의하여 서로 결합할 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)의 결합은 도 3에서 설명한 금속 산화물 나노입자들(100)의 형성 과정과 동일한 공정(예를 들어, 열처리)에 의하여 진행될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100) 중에서 적어도 어느 하나의 산소 음이온(120)은 다른 금속 산화물 나노입자(100)의 금속 양이온(110)과 결합할 수 있다. 상기 어느 하나의 금속 산화물 나노입자(100)의 타단(100b)은 상기 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a)에 결합된 양이온성 계면활성제(210)로부터 이격될 수 있다. 상기 다른 금속 산화물 나노입자(100)는 양이온성 계면활성제(210)와 결합하지 않은 금속 산화물 나노입자(100)일 수 있다. 이에 따라, 금속 산화물 나노입자들(100) 중에서 어느 하나의 그 타단(100b)은 다른 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a)과 연결될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)의 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)에서의 결합 속도는 금속 산화물 나노입자들(100)의 제1 방향(D1)에서의 결합 속도보다 빠를 수 있다. 제1 방향(D1)은 금속 산화물 나노입자(100)의 일단(100a) 및 타단(100b)을 잇는 방향일 수 있다. 이에 따라, 금속 산화물 나노와이어(2000)가 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 금속 산화물 나노와이어(2000)가 소결되어, 양이온성 계면활성제(도 6에서 210) 및 불순물이 제거될 수 있다. 이에 따라, 금속 산화물 나노와이어(2000)의 제조가 완성될 수 있다. 금속 산화물 나노와이어(2000)는 제1 방향(D1)으로 연장된 장축을 가질 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물의 제조방법을 도시한 모식도이다.
도 9를 참조하면, 비이온성 계면활성제(220)가 준비 용액에 첨가되어, 전구체 용액이 제조될 수 있다. 준비용액은 도 1에서 설명한 바와 동일 또는 유사한 방법에 의하여 제조될 수 있다. 비이온성 계면활성제(220)는 양쪽성(amphiphilic)분자일 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 터셔리-옥틸페닐 에테르(polyethylene glycol tert-octylphenyl ether)가 양쪽성 분자로 사용될 수 있다. 비이온성 계면활성제(220)는 금속 전구체 용액 내에서 라멜라(lamella) 구조(300)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 라멜라 구조(300)는 외부층들(320) 및 외부층들(320) 사이에 개재된 내부층들(310)을 포함할 수 있다. 비이온성 계면활성제(220)의 친수성 작용기(222)들은 외부층들(320)을 형성할 수 있다. 비이온성 계면활성제(220)의 소수성 작용기(221)들은 서로 마주보며, 내부층들(310)을 형성할 수 있다.
전구체 용액 내에 금속 산화물 나노입자들(100)이 형성될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)은 앞서 도 3의 예로써 설명한 바와 동일 또는 유사한 조건의 열처리에 의해 형성될 수 있다. 금속 산화물 나노입자(100)의 금속 양이온(110)은 비이온성 계면활성제들(220)의 친수성 작용기(222)와 상호작용할 수 있다. 이에 따라, 금속 산화물 나노입자들(100)은 외부층들(320) 상에 각각 제공될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(100)이 서로 결합하여, 금속 산화물 디스크(3000)가 외부층들(320) 상에 형성될 수 있다. 금속 산화물 디스크(3000)는 육방정계 구조를 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 금속 산화물 디스크(3000)가 쌍으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물 디스크(3000)는 서로 이격된 제1 디스크(3001) 및 제2 디스크(3002)를 포함할 수 있다. 제1 디스크(3001) 및 제2 디스크(3002) 각각은 육방정계 구조를 가질 수 있다. 제2 디스크(3002)는 제1 디스크(3001)와 동일 또는 유사한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 제2 디스크(3002)는 평면적 관점에서, 제1 디스크(3001)와 중첩될 수 있다. 금속 산화물 나노입자들(도 9에서 100)이 350℃ 내지 500℃에서 1시간 동안 열처리되어, 금속 산화물 디스크(3000)가 형성될 수 있다. 이 때, 비이온성 계면활성제들(도 9에서 220)이 제거될 수 있다.
이하, 본 발명에 따라 제조된 금속 산화물을 포함하는 태양전지를 설명한다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 태양전지(1)는 기판(10), 제1 전극(20), 전해질층(30), 및 제2 전극(40)을 포함할 수 있다.
제1 기판(10)은 유리 기판(10)을 포함한 다양한 투명기판들 중 선택된 적어도 하나일 수 있다. 이와 달리, 제1 기판(10)은 불투명기판일 수도 있다. 제1 전극은 전도성 물질, 예를 들어, 투명전도성 산화물을 포함할 수 있다. 전해질층(30)이 제1 전극(20) 상에 제공될 수 있다. 전해질층(30)은 액상, 고상 및 겔 중 선택된 하나의 상(phase)일 수 있다. 전해질층(30)의 상(phase)에 따라, 전해질층(30)의 형성순서는 변경될 수 있다. 제2 전극(40)이 전해질층(30) 상에 제공될 수 있다. 제2 전극(40)은 전도성물질, 예를 들어, 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(40) 중에서 어느 하나는 애노드이고, 다른 하나는 캐쏘드일 수 있다.
제1 전극(20) 및 제2 전극(40) 중에서 적어도 하나는 앞서 도 1 내지 도 5에 따라 제조된 금속 산화물 시트(1000), 도 6 내지 도 8의 예로써 제조된 금속 산화물 나노와이어(2000), 및 도 8 내지 도 10의 예로써 제조된 금속 산화물 디스크(3000) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 사용되는 계면활성제의 종류를 제어하여, 제조되는 금속 산화물의 형상이 조절될 수 있다. 금속 산화물은 대략 3.37eV의 에너지 밴드갭 및 60meV의 여기 결합에너지를 가질 수 있다. 이에 따라, 태양전지(1)는 높은 광전도도를 나타낼 수 있다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(40)은 자외선에 대한 안정도가 우수하여, 태양전지(1) 구현 시, 자외선을 포함하는 태양광에 의해 손상되지 않을 수 있다.

Claims (12)

  1. 금속 전구체 물질, 염기 물질, 및 증류수를 혼합하여, 준비 용액을 제조하는 것;
    상기 준비 용액에 음이온성 계면 활성제를 첨가하여, 전구체 용액을 형성하는 것;
    상기 전구체 내에 금속 산화물 나노입자들을 형성하되, 상기 금속 산화물 나노입자들은 금속 양이온 및 산소 음이온을 각각 포함하는 것; 및
    상기 금속 산화물 나노입자들의 결합에 의해, 금속 산화물 시트를 제조하는 것을 포함하되,
    평면적 관점에서, 상기 금속 산화물 시트는 육각형 형상을 가지고, 다결정 구조를 갖는 금속 산화물 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 금속 산화물 나노입자은 서로 대향하는 일단 및 타단을 가지며,
    상기 음이온성 계면활성제는 상기 금속 산화물 나노입자의 일단 및 타단을 덮고,
    상기 금속 산화물 나노입자의 측부는 상기 음이온성 계면활성제와 이격되는 금속 산화물 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 각 산화물 나노입자의 측부에서의 결합 반응 속도는 상기 각 금속 산화물 나노입자의 일단 및 타단에서의 결합 반응 속도보다 빠른 금속 산화물 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 시트를 제조하는 것은 상기 금속 산화물 나노입자들을 서로 옆으로 결합시키는 것을 포함하되,
    상기 금속 산화물 나노입자들의 상단 및 하단 상에는 계면활성제가 제공되는 금속 산화물 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음이온성 계면 활성제는 상기 전구체 용액에서 양이온 및 활성제로 해리되고, 상기 활성제는 소수성 작용기 및 상기 소수성 작용기와 결합한 친수성 작용기를 포함하며,
    상기 금속 산화물 나노입자들 각각은 상기 음이온성 계면 활성제의 친수성 작용기 및 상기 양전하 이온 사이에 개재되는 금속 산화물 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 음이온성 계면활성제의 친수성 작용기는 상기 각 금속 산화물 나노입자의 금속 양이온 상에 제공되어,
    상기 음이온성 계면활성제의 양전하 이온은 상기 각 금속 산화물 나노입자의 산소 음이온 상에 제공되는 금속 산화물 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노입자들을 형성하는 것 및 상기 금속 산화물 시트를 제조하는 것은 상기 전구체 용액의 열처리에 의하여 수행되는 금속 산화물 제조방법.
  8. 금속 전구체 물질, 염기 물질, 및 증류수를 혼합하여, 준비 용액을 제조하는 것;
    상기 준비 용액에 양이온성 계면 활성제를 첨가하여, 전구체 용액을 형성하는 것; 및
    상기 전구체 용액을 열처리하여, 금속 산화물 나노입자들을 형성하되, 상기 금속 산화물 나노입자들 각각은 금속 양이온 및 산화물 음이온을 포함하는 것;
    상기 금속 산화물 나노입자들을 결합시켜, 금속 산화물 나노와이어를 제조하는 것을 포함하는 금속 산화물 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 양이온성 계면활성제는 상기 금속 산화물 나노입자들 중에서 적어도 어느 하나의 금속 양이온과 결합하고,
    상기 어느 하나의 금속 산화물 나노입자의 산소 음이온은 상기 양이온성 계면활성제로부터 이격된 금속 산화물 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 어느 하나의 금속 산화물 나노입자의 산소 음이온은 상기 금속 산화물 나노입자들 중에서 다른 하나와 결합하는 금속 산화물 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 양이온성 계면활성제는 전구체 용액 내에서 4차 암모늄 양이온 및 음전하이온으로 해리되는 금속 산화물 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 금속 전구체 용액은 징크 나이트레이트 헥사드레이트를 포함하고,
    상기 염기 용액은 헥사메틸렌테트라민을 포함하는 금속 산화물 제조방법.
KR1020140002915A 2014-01-09 2014-01-09 금속 산화물의 제조방법 KR20150083479A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140002915A KR20150083479A (ko) 2014-01-09 2014-01-09 금속 산화물의 제조방법
US14/447,761 US9233854B2 (en) 2014-01-09 2014-07-31 Method of fabricating a metal oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140002915A KR20150083479A (ko) 2014-01-09 2014-01-09 금속 산화물의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150083479A true KR20150083479A (ko) 2015-07-20

Family

ID=53494642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140002915A KR20150083479A (ko) 2014-01-09 2014-01-09 금속 산화물의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9233854B2 (ko)
KR (1) KR20150083479A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102220381B1 (ko) * 2019-07-31 2021-02-24 성균관대학교산학협력단 산화물 반도체의 제조 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050214190A1 (en) * 2004-03-25 2005-09-29 Seoul National University Method of synthesizing nanorods by reaction of metal-surfactant complexes injected using a syringe pump
US20100051903A1 (en) 2008-08-28 2010-03-04 Seo-Yong Cho Method of aligning nanorods and related compositions
US20110052896A1 (en) * 2009-08-27 2011-03-03 Shrisudersan Jayaraman Zinc Oxide and Cobalt Oxide Nanostructures and Methods of Making Thereof
KR101342133B1 (ko) 2010-03-09 2013-12-18 한국전자통신연구원 나노복합체 용액의 형성방법 및 나노복합체 광전 소자
WO2012147886A1 (ja) * 2011-04-28 2012-11-01 堺化学工業株式会社 六角板状酸化亜鉛粒子、その製造方法、それを配合した化粧料、放熱性フィラー、放熱性樹脂組成物、放熱性グリース及び放熱性塗料組成物

Also Published As

Publication number Publication date
US20150191363A1 (en) 2015-07-09
US9233854B2 (en) 2016-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Hierarchically micro/nanostructured photoanode materials for dye-sensitized solar cells
Ma et al. Inorganic electrochromic materials based on tungsten oxide and nickel oxide nanostructures
Li et al. A perspective on mesoporous TiO2 materials
CN101226966B (zh) 染料敏化TiO2纳米晶太阳能电池的定制化导电薄膜及其制备
CN108666428A (zh) 一种钙钛矿单晶薄膜太阳能电池制备方法及器件
KR20090033713A (ko) 나노 복합체 및 그 제조방법, 및 이를 이용한 염료감응태양전지
CN107287615B (zh) 一种钒掺杂ZnO纳米棒阵列光阳极及其制备方法和应用
KR101264880B1 (ko) 실리콘 태양전지 및 그 제조방법
CN106145193B (zh) 一种双金属共掺杂二维纳米电极材料的制备方法
Wang et al. Hierarchically macro–mesoporous TiO2 film via self-assembled strategy for enhanced efficiency of dye sensitized solar cells
Saleem et al. Solution-derived ZnO nanoflowers based photoelectrodes for dye-sensitized solar cells
Zhao et al. Recent advances in synthesis of water-stable metal halide perovskites and photocatalytic applications
KR101453605B1 (ko) 양끝이 열린 산화티타늄 나노튜브 제조 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지
CN108607540B (zh) 铌掺杂钨酸铋光催化材料的制备方法
JP2007179766A (ja) 色素増感太陽電池
KR20150083479A (ko) 금속 산화물의 제조방법
KR101634620B1 (ko) 기공을 포함하는 금속 산화물 광전극의 제조방법, 이에 따라 제조되는 금속 산화물 광전극 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지
US9349907B2 (en) Method of manufacturing metal oxide crystal and method of fabricating substrate for solar cell
US9545612B2 (en) Solar fuel generator
GB2413337A (en) Electrodes with tungsten oxide films
Wang et al. Triple‐Yolked ZnO/CdS Hollow Spheres for Semiconductor‐Sensitized Solar Cells
CN103230807A (zh) 一种离子束掺杂制备宽光谱响应二氧化钛薄膜的方法
CN107460513A (zh) MoS2/CdS薄膜电极的制备方法和应用
KR101262330B1 (ko) 태양전지 또는 나노소자의 효율을 향상시키는 나노구조의 코어／쉘 나노선의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지 또는 나노소자
KR101440728B1 (ko) 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 포함하는 염료감응형 태양전지의 산화전극 페이스트 제조법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid