KR20150094143A - Solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20150094143A
KR20150094143A KR1020140015063A KR20140015063A KR20150094143A KR 20150094143 A KR20150094143 A KR 20150094143A KR 1020140015063 A KR1020140015063 A KR 1020140015063A KR 20140015063 A KR20140015063 A KR 20140015063A KR 20150094143 A KR20150094143 A KR 20150094143A
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nano
forming
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KR1020140015063A
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이진욱
정현석
한길상
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삼성전자주식회사
성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof, the solar cell which include a first electrode and a second electrode facing each other, and an active layer placed between the first electrode and the second electrode wherein the active layer includes a light scattering body having a plurality of hollow holes and comprising a crystalline oxide semiconductor, a photoelectrode having a plurality of nanobodies stretched from the light scattering body, and a light absorbent placed on a surface of the photoelectrode.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solar cell,

태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
A solar cell and a manufacturing method thereof.

태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.The solar cell is a photoelectric conversion device that converts solar energy into electric energy, and is attracting attention as a next-generation energy resource with no pollution.

태양 전지는 광 활성층에서 태양 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.When a solar cell absorbs solar energy in a photoactive layer, an electron-hole pair (EHP) is generated inside the semiconductor, and the generated electrons and holes move to the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, And can be used as electric energy from the outside.

태양 전지는 많은 전기 에너지를 생산하기 위해서, 태양 전지로 입사되는 광을 효과적으로 흡수하고, 흡수된 빛에 의해 생성된 전하를 효과적으로 수집하는 것이 중요하다. In order to produce a large amount of electrical energy, it is important that the solar cell effectively absorb the light incident on the solar cell and effectively collect the charge generated by the absorbed light.

태양 전지 중, 염료감응형 태양전지 또는 양자점 태양 전지와 같은 차세대 태양전지는 현재 주로 사용하고 있는 실리콘 태양전지의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 여겨지며 활발히 연구되고 있다.
Next-generation solar cells such as dye-sensitized solar cells or quantum dot solar cells in solar cells are being actively studied as alternatives to overcome the limitations of currently used silicon solar cells.

일 구현예는 광 흡수 특성 및 전하 이동 특성을 개선할 수 있는 태양 전지를 제공한다.One embodiment provides a solar cell capable of improving light absorption characteristics and charge transfer characteristics.

다른 구현예는 상기 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
Another embodiment provides a method of manufacturing the solar cell.

일 구현예에 따르면, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 중공을 가지고 결정성 산화물 반도체를 포함하는 광 산란체와 상기 광 산란체로부터 뻗은 복수의 나노체를 포함하는 광 전극, 그리고 상기 광 전극의 표면에 위치하는 광 흡수체를 포함하는 태양 전지를 제공한다.According to an embodiment, there is provided a plasma display panel comprising a first electrode and a second electrode facing each other, and an active layer positioned between the first electrode and the second electrode, wherein the active layer has a plurality of hollow And a light absorber disposed on a surface of the photoelectrode. The present invention also provides a solar cell comprising: a light scattering body having a plurality of nanostructures extending from the light scattering body;

상기 복수의 나노체는 상기 광 산란체로부터 상기 중공의 내부로 뻗어 있을 수 있다.The plurality of nano bodies may extend from the light scattering body to the inside of the hollow.

상기 나노체의 아스펙트 비(aspect ratio)는 1 보다 클 수 있다.The aspect ratio of the nanosheets may be greater than one.

상기 나노체는 나노와이어, 나노로드, 나노튜브, 나노니들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The nanosheets can include nanowires, nanorods, nanotubes, nanodots, or combinations thereof.

상기 나노체는 약 5nm 내지 100nm의 직경 및 약 50nm 내지 1000nm의 길이를 가질 수 있다.The nanosheets may have a diameter of about 5 nm to 100 nm and a length of about 50 nm to 1000 nm.

상기 복수의 중공은 3차원 방향으로 서로 접하여 연결되어 있을 수 있다.The plurality of hollows may be connected to each other in three-dimensional directions.

상기 각 중공은 구형(spherical shape)일 수 있다.Each of the hollows may have a spherical shape.

상기 광 전극은 산화티타늄을 포함할 수 있다.The photoelectrode may comprise titanium oxide.

상기 광 전극은 산화티타늄 또는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 란탄(La), 리튬(Li), 니오븀(Ni), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 질소(N) 또는 이들의 조합이 도핑된 산화티타늄을 포함할 수 있다.The photoelectrode may be made of a material selected from the group consisting of titanium oxide or aluminum (Al), copper (Cu), lanthanum (La), lithium (Li), niobium (Ni), tantalum (Ta), tungsten May include doped titanium oxide.

상기 광 산란체와 상기 복수의 나노체는 아나타제 상(anatase phase)의 산화티타늄을 포함할 수 있다.The light scattering body and the plurality of nano bodies may include titanium oxide in an anatase phase.

상기 광 흡수체는 상기 광 산란체의 표면 및 상기 복수의 나노체의 표면에 흡착되어 있을 수 있다.And the light absorber may be adsorbed on the surface of the light scattering body and the surface of the plurality of nano bodies.

상기 광 흡수체는 염료, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The light absorber may comprise a dye, a quantum dot, or a combination thereof.

다른 구현예에 따르면, 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 위에 활성층을 형성하는 단계, 그리고 상기 활성층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 활성층을 형성하는 단계는 상기 제1 전극 위에 복수의 고분자 입자들을 배치하는 단계, 상기 고분자 입자들의 표면에 산화물 반도체를 공급하는 단계, 열처리하여 상기 고분자 입자들을 열분해 제거하고 상기 산화물 반도체를 결정화하여 복수의 중공을 가지는 광 산란체를 형성하는 단계, 상기 광 산란체에 나노체 형성용 전구체 용액을 접촉시켜 상기 광 산란체로부터 뻗은 복수의 나노체를 형성하는 단계, 그리고 상기 광 산란체와 상기 복수의 나노체의 표면에 광 흡수체를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the method includes forming a first electrode, forming an active layer on the first electrode, and forming a second electrode on the active layer, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: disposing a plurality of polymer particles on an electrode; supplying an oxide semiconductor to a surface of the polymer particles; thermally decomposing the polymer particles by heat treatment to crystallize the oxide semiconductor to form a light scattering body having a plurality of hollow Forming a plurality of nanostructures extending from the light scattering body by contacting the nanostructure-forming precursor solution with the light scattering body, and supplying a light absorber to the surface of the light scattering body and the plurality of nanostructures Step < / RTI >

상기 산화물 반도체를 공급하는 단계는 원자층증착법(atomic layer deposition), 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 레이어-바이-레이어 증착법(layer-by-layer deposition) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The step of supplying the oxide semiconductor may use an atomic layer deposition, a chemical vapor deposition, a layer-by-layer deposition, or a combination thereof.

상기 열처리하는 단계는 약 450℃ 이상에서 수행할 수 있다.The heat treatment may be performed at about 450 ° C or higher.

상기 나노체 형성용 전구체 용액은 벌키한 알킬 사슬을 가지는 금속염을 포함할 수 있다.The precursor solution for forming a nano body may include a metal salt having a bulky alkyl chain.

상기 벌키한 알킬 체인을 가지는 금속염은 금속염과 벌키한 알킬 사슬을 가지는 유기용매를 혼합하는 단계, 그리고 상기 금속염을 상기 벌키한 알킬 사슬로 치환하는 단계에 의해 얻어질 수 있다.The metal salt having a bulky alkyl chain can be obtained by mixing a metal salt and an organic solvent having a bulky alkyl chain, and substituting the metal salt with the bulky alkyl chain.

상기 금속염은 티타늄염일 수 있다.The metal salt may be a titanium salt.

상기 나노체 형성용 전구체 용액은 에틸렌디아민, 아세틸아세톤, 디에틸암모늄 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.The precursor solution for forming a nano body may further include ethylenediamine, acetylacetone, diethylammonium, or a combination thereof.

상기 산화물 반도체는 산화티타늄을 포함할 수 있다.
The oxide semiconductor may include titanium oxide.

광 흡수체의 흡착 면적을 확보하여 광 흡수 특성 및 전하 이동 특성을 개선할 수 있다.
It is possible to secure the absorption area of the light absorber and improve the light absorption characteristics and the charge transfer characteristics.

도 1은 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 일부분을 확대하여 도시한 개략도이고,
도 3 내지 6은 도 1의 태양 전지를 제조하는 방법을 차례로 보여주는 개략도이고,
도 7은 실시예 1에 따른 태양 전지에서 활성층을 보여주는 SEM 사진이고,
도 8은 도 7은 노란색 박스 부분을 확대한 SEM 사진이고,
도 9는 실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 가시광선 영역에서 광 산란효과를 보여주는 그래프이고,
도 10은 실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 흡광 특성을 보여주는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to one embodiment,
Fig. 2 is a schematic view showing an enlarged part of Fig. 1,
FIGS. 3 to 6 are schematic views sequentially showing a method of manufacturing the solar cell of FIG. 1,
7 is a SEM photograph showing the active layer in the solar cell according to Example 1,
FIG. 8 is an SEM photograph of an enlarged yellow box portion, and FIG.
9 is a graph showing the light scattering effect in the visible light region of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1,
FIG. 10 is a graph showing the light absorption characteristics of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, 'substituted' means that a hydrogen atom in the compound is a halogen atom (F, Br, Cl or I), a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, A carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid or a salt thereof, a C1 to C20 alkyl group, a C2 to C20 alkenyl group, a C2 to C20 alkenyl group, a C2 to C20 alkenyl group, C6 to C30 arylalkyl groups, C7 to C30 arylalkyl groups, C1 to C4 alkoxy groups, C1 to C20 heteroalkyl groups, C3 to C20 heteroarylalkyl groups, C3 to C30 cycloalkyl groups, C3 to C15 cycloalkenyl groups, C6 to C30 heteroaryl groups, C15 cycloalkynyl group, a C2 to C20 heterocycloalkyl group, and combinations thereof.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

이하 도 1 및 도 2를 참고하여 일 구현예에 따른 태양 전지를 설명한다.Hereinafter, a solar cell according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 1은 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 일부분을 확대하여 도시한 개략도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solar cell according to one embodiment, and FIG. 2 is a schematic view showing an enlarged part of FIG.

일 구현예에 따른 태양 전지는 서로 마주하는 제1 전극(120)과 제2 전극(150), 그리고 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 사이에 위치하는 활성층(130)을 포함한다.The solar cell according to an embodiment includes a first electrode 120 and a second electrode 150 facing each other and an active layer 130 located between the first electrode 120 and the second electrode 150 .

제1 전극(120)과 제2 전극(150)은 각각 기판(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있을 수 있다. 상기 기판은 예컨대 투명 유리 또는 고분자 수지로 만들어질 수 있고, 상기 고분자 수지는 예컨대 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트라아세틸셀룰로우스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The first electrode 120 and the second electrode 150 may be respectively supported by a substrate (not shown). The substrate may be made of, for example, transparent glass or a polymer resin, and the polymer resin may be, for example, polyacrylate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyarylate, polyetherimide, polyether sulfone, Polylactide, polyimide, traaacetylcellulose, or combinations thereof.

제1 전극(120)은 투명성을 가지는 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxidem ITO) 또는 불소 함유 틴 옥사이드(fluorine containing tin oxide, FTO)와 같은 무기 도전성 물질이나 폴리아세틸렌 또는 폴리티오펜과 같은 유기 도전성 물질을 포함할 수 있다.The first electrode 120 may be made of a conductive material having transparency and may be formed of an inorganic conductive material such as indium tin oxide (ITO) or fluorine containing tin oxide (FTO) Organic conductive materials such as polythiophenes.

제2 전극(150)은 투명 또는 불투명의 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 불소 함유 틴 옥사이드(FTO), Al과 같은 금속, 안티몬 함유 틴 옥사이드(antimony doped tin oxide, ATO) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.The second electrode 150 may be made of a transparent or opaque conductive material such as indium tin oxide (ITO), fluorine-containing tin oxide (FTO), metal such as Al, antimony-doped tin oxide ATO) and combinations thereof.

제1 전극(120)을 지지하는 기판과 제2 전극(150)을 지지하는 기판은 간격재(160)에 의해 고정되어 있으며, 기판들 및 간격재에 의해 정의된 영역에는 전해질이 채워져 있을 수 있다.The substrate supporting the first electrode 120 and the substrate supporting the second electrode 150 are fixed by the spacers 160 and the regions defined by the substrates and spacers may be filled with an electrolyte .

상기 전해질은 산화/환원 물질을 공급하며, 액체 전해질 또는 고체 고분자 전해질일 수 있다.The electrolyte supplies an oxidizing / reducing material, and may be a liquid electrolyte or a solid polymer electrolyte.

활성층(130)은 제1 전극(120)의 일면에 위치하며, 광 전극(131) 및 광 전극(131)의 표면에 흡착되어 있는 광 흡수체(134)를 포함한다.The active layer 130 includes a light absorber 134 located on one surface of the first electrode 120 and adsorbed on the surface of the photoelectrode 131 and the photoelectrode 131. [

광 전극(131)은 광 흡수체(134)를 흡착하는 지지체 역할을 할 뿐만 아니라 광 흡수체(134)에서 발생된 전하를 이동시키거나 수집하는 역할을 할 수 있다. The photoelectrode 131 may serve not only as a support for attracting the light absorber 134, but also for moving or collecting the charge generated in the light absorber 134.

광 전극(131)은 결정성 산화물 반도체를 포함할 수 있고 예컨대 결정성 산화티타늄을 포함할 수 있다. 상기 산화티타늄은 예컨대 산화티타늄, 또는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 란탄(La), 리튬(Li), 니오븀(Ni), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 질소(N) 또는 이들의 조합이 도핑된 산화티타늄을 포함할 수 있다. 상기 결정성 산화티타늄은 예컨대 아나타제 상(anatase phase)의 산화티타늄을 포함할 수 있다.The light electrode 131 may include a crystalline oxide semiconductor and may include crystalline titanium oxide, for example. The titanium oxide may be selected from the group consisting of titanium oxide, aluminum (Al), copper (Cu), lanthanum (La), lithium (Li), niobium (Ni), tantalum (Ta), tungsten May comprise doped titanium oxide. The crystalline titanium oxide may include, for example, titanium oxide in an anatase phase.

광 전극(131)은 복수의 중공(70)을 가지는 광 산란체(132)와 광 산란체(132)로부터 뻗은 복수의 나노체(133)를 포함한다.The light electrode 131 includes a light scattering body 132 having a plurality of hollows 70 and a plurality of nano bodies 133 extending from the light scattering body 132.

광 산란체(132)는 결정성 산화물 반도체를 포함하고 예컨대 아나타제 상의 산화티타늄을 포함할 수 있다. 광 산란체(132)는 복수의 나노체(133)를 성장시키는 시드(seed)로서 작용할 수 있다. 광 산란체(132)는 약 1nm 내지 200nm 두께를 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다. The light scattering body 132 includes a crystalline oxide semiconductor and may include titanium oxide, for example, in an anatase phase. The light scattering body 132 may serve as a seed for growing the plurality of nano bodies 133. The light scattering body 132 may have a thickness of about 1 nm to 200 nm, and may have a thickness of about 5 nm to 100 nm within the above range.

중공(70)은 실질적으로 구형(spherical shape)이며, 3차원 방향으로 서로 접하여 연결되어 있는 복수 개를 포함할 수 있다. 중공(70)은 예컨대 3차원 방향으로 최조밀 쌓임 구조(closest packing structure)로 적층된 구형일 수 있고, 예컨대 육방밀집구조(hexagonal close-packing, hcp) 또는 면심입방구조(face-centered cubic, fcc)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 중공(70)은 예컨대 역오팔 구조(inverse opal structure)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 중공(70)은 실질적으로 비어있는 공간으로, 제1 전극(120)을 통해 입사한 광을 산란 메커니즘을 통해 가두어 광 흡수 특성을 개선할 수 있다. The hollows 70 may have a substantially spherical shape, and may include a plurality of the hollows 70 which are tangent to each other in three-dimensional directions. The hollow 70 may be spherical, for example, laminated in a closest packing structure in a three-dimensional direction, and may have a hexagonal close-packing (hcp) or a face-centered cubic (fcc ), But is not limited thereto. The hollow 70 may be, but is not limited to, an inverse opal structure. The hollow 70 is a substantially empty space, and light incident through the first electrode 120 can be confined through a scattering mechanism to improve light absorption characteristics.

나노체(133)는 광 산란체(132) 내부에 위치하며 광 산란체(132)로부터 중공(70)의 내부로 뻗어 있다. 나노체(133)는 예컨대 중공(70)의 구심점을 향하여 배열될 수 있다. 나노체(133)는 광 산란체(132)를 시드로 하여 성장될 수 있으며, 아스펙트 비(aspect ratio)가 약 1 보다 큰 나노와이어(nanowire), 나노로드(nanorod), 나노튜브(nanotubes), 나노니들(nanoniddle) 또는 이들의 조합일 수 있다. 각 나노체(133)는 예컨대 약 5nm 내지 100nm의 직경 및 약 50nm 내지 1000nm의 길이를 가질 수 있다.The nano body 133 is located inside the light scattering body 132 and extends from the light scattering body 132 to the inside of the hollow 70. The nano body 133 may be arranged toward the center point of the hollow 70, for example. The nano body 133 may be grown by using the light scattering body 132 as a seed and may have nanowires, nanorods, nanotubes, or the like having an aspect ratio of greater than about 1. [ , A nanoniddle, or a combination thereof. Each nano body 133 may have a diameter of, for example, about 5 nm to 100 nm and a length of about 50 nm to 1000 nm.

나노체(133)는 광 산란체(132)의 중공(70)으로 인해 광 전극(131)의 비표면적이 감소되는 것을 보완하고 광 흡수체(134)가 흡착되는 광 전극(131)의 총 비표면적을 증가시킴으로써 후술하는 광 흡수체(134)의 흡착 면적을 확보할 수 있다. 이에 따라 충분한 양의 광 흡수체(134)를 흡착하여 높은 광 전류밀도를 확보할 수 있다.The nano body 133 compensates for the reduction of the specific surface area of the photoelectrode 131 due to the hollow 70 of the light scattering body 132 and the total specific surface area of the photoelectrode 131 to which the light absorber 134 is adsorbed The absorption area of the light absorber 134 to be described later can be ensured. Accordingly, a sufficient amount of the light absorber 134 can be adsorbed to secure a high photocurrent density.

광 흡수체(134)는 광 산란체(132) 및 나노체(133)의 표면에 흡착되어 있을 수 있으며, 예컨대 입자 형태일 수 있다. 광 흡수체(134)는 광을 흡수하여 여기된 전자를 생성하는 물질이면 특별히 한정되지 않고, 예컨대 염료(dye), 양자점(quantum dot) 또는 이들의 조합일 수 있다.The light absorber 134 may be adsorbed on the surface of the light scattering body 132 and the nano body 133, for example, in the form of particles. The light absorber 134 is not particularly limited as long as it is a material that absorbs light to generate excited electrons, and may be, for example, a dye, a quantum dot, or a combination thereof.

상기 염료는 무기 염료, 유기 염료 또는 유무기 염료일 수 있으며, 예컨대 루테늄계 유기금속 화합물, 크산틴 색소, 시아닌계 색소, 염기성 염료, 포르피린계 화합물, 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, 안트라퀴논 색소, 퀴논계 색소 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The dyes may be inorganic dyes, organic dyes or organic dyes, and examples thereof include ruthenium-based organic metal compounds, xanthine dyes, cyanine dyes, basic dyes, porphyrin dyes, azo dyes, phthalocyanine dyes, anthraquinone dyes, quinone dyes Colorants, or combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 양자점은 예컨대 2족, 12족, 13족 및 14족에서 선택된 제1 원소와 16족에서 선택된 제2 원소; 13족에서 선택된 제1 원소 및 15족에서 선택된 제2 원소; 14족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질; 또는 이들의 코어/쉘 구조체일 수 있다. 상기 양자점은 예컨대 CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnS, InP, InAs, GaN, GaP, GaAs, HgTe, Si, Ge, CdS/ZnSe, CdS/ZnS, CdSe/ZnS, CdS/CdS. CdSe/CdS, CdSe/ZeSe, CdTe/CdSe, CdSe/ZnTe 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The quantum dots include, for example, a first element selected from Group 2, Group 12, Group 13 and Group 14, and a second element selected from Group 16; A first element selected from group 13 and a second element selected from group 15; A Group 14 element; Or their core / shell structures. The quantum dots include, for example, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnS, InP, InAs, GaN, GaP, GaAs, HgTe, Si, Ge, CdS / ZnSe, CdS / ZnS, CdSe / ZnS, CdS / CdS. CdSe / CdS, CdSe / ZeSe, CdTe / CdSe, CdSe / ZnTe.

이하 일 구현예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 3 내지 도 6을 도 1 및 도 2와 함께 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6 with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 3 내지 6은 도 1의 태양 전지를 제조하는 방법을 차례로 보여주는 개략도이다.Figs. 3 to 6 are schematic views sequentially illustrating a method of manufacturing the solar cell of Fig.

일 구현예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 전극(120)을 형성하는 단계, 제1 전극(120) 위에 활성층(130)을 형성하는 단계 및 활성층(130) 위에 제2 전극(150)을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes forming the first electrode 120, forming the active layer 130 on the first electrode 120, and forming the second electrode 150 on the active layer 130 .

제1 전극(120) 및 제2 전극(150)은 각각 기판(도시하지 않음) 위에 예컨대 스퍼터링, 화학기상증착 또는 용액 공정으로 형성할 수 있다.The first electrode 120 and the second electrode 150 may be formed on a substrate (not shown), for example, by sputtering, chemical vapor deposition, or a solution process.

활성층(130)을 형성하는 단계에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.The step of forming the active layer 130 will be described with reference to the drawings.

먼저 도 3을 참고하면, 제1 전극(120) 위에 복수의 고분자 입자(50)를 배치한다. 고분자 입자(50)는 단일층 또는 복수층으로 배열될 수 있으며, 예컨대 폴리스티렌(polystyrene, PS) 또는 폴리메틸(메타)아크릴레이트(polymethyl(meth)acrylate, PMMA)일 수 있다. 고분자 입자(50)는 예컨대 약 100nm 이상의 균일한 직경을 가질 수 있으며, 예컨대 약 100nm 내지 500nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 고분자 입자(50)는 예컨대 용액, 분산액 또는 페이스트 형태로 적용될 수 있으며, 후술하는 산화물 반도체와의 친화성을 높이기 위하여 표면이 개질되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 3, a plurality of polymer particles 50 are disposed on the first electrode 120. The polymer particles 50 may be arranged in a single layer or a plurality of layers and may be, for example, polystyrene (PS) or polymethyl (meth) acrylate (PMMA). The polymer particles 50 may have a uniform diameter, for example, of about 100 nm or more, and may have an average diameter of, for example, about 100 nm to 500 nm. The polymer particles 50 may be applied in the form of, for example, a solution, a dispersion or a paste, and the surface thereof may be modified to improve affinity with an oxide semiconductor to be described later.

다음 도 4를 참고하면, 고분자 입자(50)에 산화물 반도체를 공급하여 고분자 입자(50)의 표면에 산화물 반도체 층(132a)을 형성한다. 상기 산화물 반도체는 산화티타늄을 포함할 수 있고, 예컨대 원자층증착법(atomic layer deposition), 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 레이어-바이-레이어 증착법(layer-by-layer deposition) 또는 이들의 조합으로 공급할 수 있다. 산화물 반도체 층(132a)는 약 1nm 내지 200nm 두께로 형성될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있다. Next, referring to FIG. 4, an oxide semiconductor is supplied to the polymer particles 50 to form an oxide semiconductor layer 132a on the surface of the polymer particles 50. FIG. The oxide semiconductor may include titanium oxide and may be formed by a combination of two or more materials selected from the group consisting of an atomic layer deposition method, a chemical vapor deposition method, a layer-by-layer deposition method, Can supply. The oxide semiconductor layer 132a may be formed to a thickness of about 1 nm to 200 nm, and the oxide semiconductor layer 132a may be formed to a thickness of about 5 nm to 100 nm within the above range.

다음 도 5 및 도 6을 참고하면, 제1 전극(120)이 형성된 기판을 열처리하여 고분자 입자(50)를 열분해 제거하고 산화물 반도체 층(132a)을 결정화한다. 상기 열처리는 고분자 입자(50)가 열분해되고 산화물 반도체 층(132a)이 결정화되기에 충분한 온도로 수행할 수 있으며, 예컨대 약 450℃ 이상의 온도에서 수행할 수 있고, 예컨대 약 450℃ 내지 550℃에서 수행할 수 있다.5 and 6, the substrate on which the first electrode 120 is formed is heat-treated to thermally decompose the polymer particles 50 to crystallize the oxide semiconductor layer 132a. The heat treatment may be performed at a temperature sufficient to cause the polymer particles 50 to be thermally decomposed and the oxide semiconductor layer 132a to crystallize, and may be performed at a temperature of, for example, about 450 캜 or higher, for example, at about 450 캜 to 550 캜 can do.

고분자 입자(50)는 열분해되고 고분자 입자(50)가 있던 위치는 빈 공간, 즉 중공(70)이 형성될 수 있다. 중공(70)은 3차원 방향으로 서로 접하여 연결된 모양으로 형성될 수 있으며, 예컨대 역오팔 구조로 형성될 수 있다. 산화물 반도체 층(132a)은 결정화되면서 결정성 산화물 반도체를 포함하는 광 산란체(132)로 형성될 수 있다. The polymer particles 50 are pyrolyzed and hollow spaces 70 may be formed at positions where the polymer particles 50 are present. The hollows 70 may be formed so as to be connected to each other in a three-dimensional direction, and may be formed as an inverted opal structure, for example. The oxide semiconductor layer 132a may be formed of a light scattering body 132 including a crystalline oxide semiconductor while being crystallized.

이어서 광 산란체(132)에 나노체 형성용 전구체 용액을 접촉시켜 광 산란체(132)로부터 뻗은 복수의 나노체(133)를 형성한다. 나노체(133)는 결정성 산화물 반도체를 포함하는 광 산란체(132)를 시드로 하여 성장될 수 있다.Next, a nanocrystal-forming precursor solution is contacted with the light scattering body 132 to form a plurality of nanostructures 133 extending from the light scattering body 132. The nano body 133 can be grown by seeding a light scattering body 132 including a crystalline oxide semiconductor.

상기 나노체 형성용 전구체 용액은 벌키한 알킬 사슬을 가지는 금속염을 포함할 수 있으며, 상기 벌키한 알킬 사슬로 인하여 가수분해 반응(hydrolysis)의 속도를 제어함으로써 결정성 산화물 반도체를 포함하는 광 산란체(132)를 시드로 하여 아스펙트 비가 1이 넘는 나노체를 형성할 수 있다. 만일 가수분해 반응의 속도가 제어되지 않는 경우 상기 금속염으로부터 형성된 분말(powder) 형태의 금속입자가 남게 되어 광 산란체(132)의 내부로 뻗은 나노체를 형성할 수 없다. The precursor solution for forming a nano body may include a metal salt having a bulky alkyl chain. By controlling the rate of hydrolysis due to the bulky alkyl chain, a light scattering body containing a crystalline oxide semiconductor 132) may be used as a seed to form a nano body having an aspect ratio of 1 or more. If the rate of the hydrolysis reaction is not controlled, metal particles in the form of powder formed from the metal salt remain, and nano-bodies extending into the light scattering body 132 can not be formed.

상기 벌키한 알킬 사슬을 가지는 금속염은 금속염과 벌키한 알킬 사슬을 가지는 유기 용매를 혼합하는 단계 및 상기 금속염을 상기 벌키한 알킬 사슬로 치환하는 단계에 의해 얻을 수 있다. The metal salt having a bulky alkyl chain can be obtained by mixing a metal salt and an organic solvent having a bulky alkyl chain, and substituting the metal salt with the bulky alkyl chain.

상기 금속염은 티타늄 염일 수 있고, 상기 티타늄 염은 티타늄 아세테이트, 티타늄 카르보닐, 티타늄 탄산염, 티타늄 질산염, 티타늄 질산염, 티타늄 황산염, 티타늄 인산염, 티타늄 염화염, 티타늄 히드록시드, 티타늄 알콕시드 또는 이들의 수화물일 수 있다. 상기 티타늄 염은 예컨대 티타늄 아세틸 아세토네이트(titanium acetyl acetonate), 티타늄 아세테이트(titanium acetate), 염화티타늄(titanium chloride), 티타늄 이소프로폭시드(titanium isopropoxide) 또는 이들의 수화물 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The metal salt may be a titanium salt, and the titanium salt may be at least one selected from the group consisting of titanium acetate, titanium carbonyl, titanium carbonate, titanium nitrate, titanium nitrate, titanium sulfate, titanium phosphate, titanium chloride, titanium hydroxide, titanium alkoxide, Lt; / RTI > The titanium salt may be, for example, titanium acetyl acetonate, titanium acetate, titanium chloride, titanium isopropoxide or a hydrate thereof, no.

상기 벌키한 알킬 사슬을 가지는 유기 용매는 예컨대 트리에탄올아민(triethanolamine) 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The organic solvent having a bulky alkyl chain may be, for example, triethanolamine, but is not limited thereto.

상기 금속염과 상기 유기 용매는 약 1:1 내지 1:5의 몰비율로 포함될 수 있다.The metal salt and the organic solvent may be contained in a molar ratio of about 1: 1 to 1: 5.

상기 나노체 형성용 전구체 용액은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 예컨대 에틸렌디아민, 아세틸아세톤, 디에틸암모늄 또는 이들의 조합일 수 있다.The precursor solution for forming a nano body may further include an additive. The additive may be, for example, ethylenediamine, acetylacetone, diethylammonium or a combination thereof.

상기 가수분해 반응은 약 80℃ 이상에서 수행할 수 있으며, 예컨대 약 80℃ 내지 180℃로 수행할 수 있다.The hydrolysis reaction may be carried out at about 80 ° C or higher, for example, at about 80 ° C to 180 ° C.

이어서, 상기 광 산란체와 상기 복수의 나노체의 표면에 광 흡수체를 공급한다. 광 흡수체는 광을 흡수하여 여기되는 물질이면 특별히 한정되지 않고, 예컨대 염료(dye), 양자점(quantum dot) 또는 이들의 조합일 수 있다. 광 흡수체는 예컨대 광 흡수체를 포함하는 분산액에 기판을 침지하는 방법으로 공급될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Next, a light absorber is supplied to the surfaces of the light scattering body and the plurality of nano bodies. The light absorber is not particularly limited as long as it is a substance that absorbs light to be excited, and may be, for example, a dye, a quantum dot, or a combination thereof. The light absorber may be supplied, for example, by way of immersing the substrate in a dispersion containing a light absorber, but is not limited thereto.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

태양 전지의 제조Manufacture of solar cells

실시예Example 1 One

420nm 직경을 가지는 카르복실 개질된 폴리스티렌(PS) 입자를 물과 1:100의 부피비로 교반하여 폴리스티렌 분산액을 준비한다. 이어서 80ml 바이알병에 상기 폴리스티렌 분산액을 넣고 불소 함유 틴 옥사이드(FTO) 전극이 700nm 두께로 증착되어 있는 유리 기판을 수직으로 세워놓아 FTO 전극 위에 폴리스티렌 입자를 정렬한다. 이어서 상기 기판을 꺼내어 80℃로 건조한다. 이어서 정렬된 폴리스티렌 입자에 원자층증착(ALD)을 사용하여 30nm 두께로 산화티타늄을 증착하였다. 이어서 기판을 450℃에서 1시간 동안 열처리하여 아나타제 상의 산화티타늄을 형성하고 폴리스티렌 입자를 연소하여 중공을 형성한다. 이어서 티타늄이소프로폭사이드(titanium isopropoxide) 용액과 트리에틸렌아민 용액(triethanolamine)을 1:2의 몰비율로 교반한 혼합물을 증류수 800ml에 첨가하여 전구체 용액을 준비한다. 이어서 상기 전구체 용액에 에틸렌디아민을 소량 첨가한다. 이어서 상기 전구체 용액에 상기 열처리된 기판을 침지하여 90℃에서 24시간 동안 반응시켜 상기 아나타제 상의 산화티타늄을 시드로 하여 복수의 나노로드를 성장시킨다. 이어서 상기 아나타제 상의 산화티타늄과 상기 나노로드에 N719 염료 [ruthenium(2,20-bipyridyl-4,40-dicarboxylate)2(NCS)2]를 흡착한다. 이어서 상기 기판을 ITO가 증착되어 있는 대향 기판과 간격재를 사용하여 고정하여 전해질 lodolyte AN-50 (Solaronix)을 주입하여 태양 전지를 제조한다.
The polystyrene dispersion is prepared by stirring carboxyl-modified polystyrene (PS) particles having a diameter of 420 nm at a volume ratio of 1: 100 with water. Then, the polystyrene dispersion was placed in an 80 ml vial bottle, and a glass substrate on which a fluorine-containing tin oxide (FTO) electrode was deposited to a thickness of 700 nm was vertically erected to align the polystyrene particles on the FTO electrode. Subsequently, the substrate is taken out and dried at 80 캜. The ordered polystyrene particles were then deposited with 30 nm thick titanium oxide using atomic layer deposition (ALD). Subsequently, the substrate is heat-treated at 450 DEG C for 1 hour to form an anatase-phase titanium oxide, and the polystyrene particles are burned to form a hollow. Then, a mixture of titanium isopropoxide solution and triethanolamine in a molar ratio of 1: 2 is added to 800 ml of distilled water to prepare a precursor solution. A small amount of ethylenediamine is then added to the precursor solution. Subsequently, the heat-treated substrate is immersed in the precursor solution, and reacted at 90 DEG C for 24 hours to grow a plurality of nano-rods using the titanium oxide of the anatase phase as a seed. Then, the titanium oxide on the anatase phase and the nano-rod are adsorbed with ruthenium (2,20-bipyridyl-4,40-dicarboxylate) 2 (NCS) 2. Subsequently, the substrate is fixed with an opposing substrate on which ITO is deposited and a spacing material, and an electrolyte lodolyte AN-50 (Solaronix) is injected to manufacture a solar cell.

비교예Comparative Example 1 One

420nm 직경을 가지는 카르복실 개질된 폴리스티렌(PS) 입자를 물과 1:100의 부피비로 교반하여 폴리스티렌 분산액을 준비한다. 이어서 80ml 바이알병에 상기 폴리스티렌 분산액을 넣고 불소 함유 틴 옥사이드(FTO) 전극이 700nm 두께로 증착되어 있는 유리 기판을 수직으로 세워놓아 FTO 전극 위에 폴리스티렌 입자를 정렬한다. 이어서 상기 기판을 꺼내어 80℃로 건조한다. 이어서 정렬된 폴리스티렌 입자에 원자층증착(ALD)을 사용하여 30nm 두께로 산화티타늄을 증착하였다. 이어서 기판을 450℃에서 1시간 동안 열처리하여 아나타제 상의 산화티타늄을 형성하고 폴리스티렌 입자를 연소하여 중공을 형성한다. 이어서 상기 아나타제 상의 산화티타늄에 N719염료 [ruthenium(2,20-bipyridyl-4,40-dicarboxylate)2(NCS)2]를 흡착한다. 이어서 상기 기판을 ITO가 증착되어 있는 대향 기판과 간격재를 사용하여 고정하여 전해질 lodolyte AN-50(Solaronix)을 주입하여 태양 전지를 제조한다.
The polystyrene dispersion is prepared by stirring carboxyl-modified polystyrene (PS) particles having a diameter of 420 nm at a volume ratio of 1: 100 with water. Then, the polystyrene dispersion was placed in an 80 ml vial bottle, and a glass substrate on which a fluorine-containing tin oxide (FTO) electrode was deposited to a thickness of 700 nm was vertically erected to align the polystyrene particles on the FTO electrode. Subsequently, the substrate is taken out and dried at 80 캜. The ordered polystyrene particles were then deposited with 30 nm thick titanium oxide using atomic layer deposition (ALD). Subsequently, the substrate is heat-treated at 450 DEG C for 1 hour to form an anatase-phase titanium oxide, and the polystyrene particles are burned to form a hollow. Then, the N719 dye [2,20-bipyridyl-4,40-dicarboxylate 2 (NCS) 2] is adsorbed onto the titanium oxide of the anatase phase. Subsequently, the substrate is fixed with an opposing substrate on which ITO is deposited and a spacing material, and an electrolyte lodolyte AN-50 (Solaronix) is injected to manufacture a solar cell.

평가evaluation

평가 1Rating 1

실시예 1에 따른 태양 전지에서 아나타제 상의 산화티타늄, 중공 및 나노로드의 형성을 확인한다.The formation of titanium oxide, hollow and nano-rods on the anatase phase in the solar cell according to Example 1 is confirmed.

도 7은 실시예 1에 따른 태양 전지에서 활성층을 보여주는 SEM 사진이고, 도 8은 도 7은 노란색 박스 부분을 확대한 SEM 사진이다.FIG. 7 is a SEM photograph showing the active layer in the solar cell according to Example 1, and FIG. 8 is an SEM photograph showing an enlarged yellow box portion.

도 7 및 도 8을 참고하면, 복수의 중공, 아나타제 상의 산화티타늄 및 나노로드가 형성된 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIGS. 7 and 8, it can be seen that a plurality of hollow, anatase-phase titanium oxide and nano-rods are formed.

평가 2Rating 2

실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지에 로딩된 염료 양을 평가한다. The amount of dye loaded in the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1 is evaluated.

로딩된 염료 양은 다음과 같은 방법으로 평가한다.The amount of dye loaded is evaluated in the following manner.

먼저 증류수, 에탄올, 수산화암모늄(Ammonium hydroxide)을 5:5:1의 비율로 섞어 탈착제를 만든 후 탈착제에 염료를 100배로 희석시킨 대조용액과 24시간 동안 탈착제에 TiO2 나노입자에 염료가 흡착된 기판을 담가놓아 염료가 탈착된 비교용액을 준비한다. 준비한 대조용액과 비교용액은 UV/Vis spectroscope (Lamda 35, Perkin-Elmer) 장비를 이용하여 흡광도를 측정한다. 측정된 흡광도와 염료의 몰 비를 비교하여 로딩된 염료 양을 측정한다.First, a desalting agent was prepared by mixing distilled water, ethanol and ammonium hydroxide at a ratio of 5: 5: 1. Then, a dye solution was added to the TiO2 nanoparticles in a control solution in which the dye was diluted 100 times with the desorbing agent and in a desorbent for 24 hours. The adsorbed substrate is immersed to prepare a comparative solution in which the dye is desorbed. The prepared control solution and the comparative solution are measured for absorbance using a UV / Vis spectroscope (Lamda 35, Perkin-Elmer). The measured absorbance is compared with the molar ratio of the dye to determine the amount of dye loaded.

그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 염료 로딩 양(mol/㎠)Dye Loading Amount (mol / ㎠) 0.85 x 10-7 0.85 x 10 -7 0.74 x 10-7 0.74 x 10 -7

표 1을 참고하면, 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1에 따른 태양 전지와 비교하여 염료 로딩 양이 많은 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 1, it can be seen that the solar cell according to Example 1 has a higher dye loading than the solar cell according to Comparative Example 1. [

평가 3Rating 3

실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 광 산란효과를 평가한다. The light scattering effect of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1 is evaluated.

광 산란효과는 UV/Vis spectroscope (Lamda 35, Perkin-Elmer)를 사용하여 약 400 내지 800nm의 가시광선 영역에서 반사도로 평가한다.The light scattering effect is evaluated by reflectance in a visible light region of about 400 to 800 nm using a UV / Vis spectroscope (Lamda 35, Perkin-Elmer).

그 결과는 도 9를 참고한다.The result is shown in Fig.

도 9는 실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 가시광선 영역에서 광 산란효과를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the light scattering effect in the visible light region of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

도 9를 참고하면, 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1에 따른 태양 전지와 비교하여 개선된 광 산란효과를 가지는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 9, it can be seen that the solar cell according to Example 1 has an improved light scattering effect as compared with the solar cell according to Comparative Example 1.

평가 4Rating 4

실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 흡광도를 평가한다.The absorbance of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1 is evaluated.

흡광도는 다음과 같은 방법으로 평가한다.The absorbance is evaluated by the following method.

먼저 증류수, 에탄올, 수산화암모늄을 5:5:1로 섞어 탈착제를 만든 후 탈착제에 염료를 100배로 희석시킨 대조용액과 24시간 동안 탈착제에 TiO2 나노입자에 염료가 흡착된 기판을 담가놓아 염료가 탈착된 비교용액을 준비한다. 준비한 대조용액과 비교용액은 UV/Vis spectroscope (Lamda 35, Perkin-Elmer) 장비를 이용하여 측정한다.First, a desorption agent was prepared by mixing distilled water, ethanol, and ammonium hydroxide at a ratio of 5: 5: 1. Then, the substrate on which TiO 2 nanoparticles were adsorbed with dye was immersed in a control solution in which a dye was diluted 100 times with a desorbing agent and a desorbing agent for 24 hours Prepare a comparative solution from which the dye has been desorbed. The prepared control solution and the comparative solution are measured using a UV / Vis spectroscope (Lamda 35, Perkin-Elmer).

그 결과는 도 10을 참고한다.See FIG. 10 for the results.

도 10은 실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 흡광 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the light absorption characteristics of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

도 10을 참고하면, 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1에 따른 태양 전지와 비교하여 흡광 특성이 개선된 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 10, it is confirmed that the solar cell according to Example 1 has improved light absorption characteristics as compared with the solar cell according to Comparative Example 1.

평가 5Rating 5

실시예 1과 비교예 1에 따른 태양 전지의 전류밀도, 충진율 및 효율을 평가한다.Current density, filling rate and efficiency of the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1 are evaluated.

전류밀도, 충진율 및 효율은 Solar Simulator (Oriel Sol 3A class AAA, Newport) 를 사용한 1 Sun (100mA/cm2) 조건하에서 potentiostat (CHI660, CHI instrument) 장비를 이용하여 측정한다.The current density, filling rate and efficiency are measured using a potentiostat (CHI660, CHI instrument) under 1 Sun (100 mA / cm2) conditions using a Solar Simulator (Oriel Sol 3A class AAA, Newport).

그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 전류밀도(Jsc, mA/㎠)Current density (Jsc, mA / cm < 2 >) 16.4816.48 15.3615.36 충진율(FF, %)Filling rate (FF,%) 73.2173.21 72.6472.64 효율(%)efficiency(%) 9.759.75 8.978.97

표 2를 참고하면, 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1에 따른 태양 전지와 비교하여 전류밀도, 충진율 및 효율이 개선되었음을 확인할 수 있다. 구체적으로 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1에 따른 태양 전지와 비교하여 약 7.3%의 전류밀도가 증가되었고 약 9%의 효율이 개선된 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 2, it can be confirmed that the solar cell according to Example 1 has improved current density, filling rate and efficiency as compared with the solar cell according to Comparative Example 1. [ Specifically, the current density of the solar cell according to Example 1 is increased by about 7.3% and the efficiency of the solar cell according to Comparative Example 1 is improved by about 9%.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 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, And falls within the scope of the invention.

50: 고분자 입자 70: 중공
120: 제1 전극
130: 활성층 131: 광 전극
132: 광 산란체 133: 나노체
134: 광 흡수체 150: 제2 전극
50: polymer particle 70: hollow
120: first electrode
130: active layer 131: photoelectrode
132: light scattering body 133: nano body
134: light absorber 150: second electrode

Claims (20)

서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 활성층
을 포함하고,
상기 활성층은
복수의 중공을 가지고 결정성 산화물 반도체를 포함하는 광 산란체와 상기 광 산란체로부터 뻗은 복수의 나노체를 포함하는 광 전극, 그리고
상기 광 전극의 표면에 위치하는 광 흡수체
를 포함하는 태양 전지.
A first electrode and a second electrode facing each other, and
An active layer disposed between the first electrode and the second electrode,
/ RTI >
The active layer
A photo-electrode including a light scattering body having a plurality of hollow bodies and a crystalline oxide semiconductor, and a plurality of nanostructures extending from the light scattering body, and
The optical absorber positioned on the surface of the optical electrode
≪ / RTI >
제1항에서,
상기 복수의 나노체는 상기 광 산란체로부터 상기 중공의 내부로 뻗어 있는 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the plurality of nano bodies extend from the light scattering body to the inside of the hollow.
제1항에서,
상기 나노체의 아스펙트 비(aspect ratio)는 1 보다 큰 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the nanoscale aspect ratio of the solar cell is greater than 1.
제3항에서,
상기 나노체는 나노와이어, 나노로드, 나노튜브, 나노니들 또는 이들의 조합을 포함하는 태양 전지.
4. The method of claim 3,
Wherein the nanosheets comprise nanowires, nanorods, nanotubes, nanodots, or combinations thereof.
제3항에서,
상기 나노체는 5nm 내지 100nm의 직경 및 50nm 내지 1000nm의 길이를 가지는 태양 전지.
4. The method of claim 3,
Wherein the nano body has a diameter of 5 nm to 100 nm and a length of 50 nm to 1000 nm.
제1항에서,
상기 복수의 중공은 3차원 방향으로 서로 접하여 연결되어 있는 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the plurality of hollows are connected to each other in three-dimensional directions.
제6항에서,
상기 각 중공은 구형(spherical shape)인 태양 전지.
The method of claim 6,
Wherein each of the hollows has a spherical shape.
제1항에서,
상기 광 전극은 산화티타늄을 포함하는 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the photoelectrode comprises titanium oxide.
제8항에서,
상기 광 전극은 산화티타늄, 또는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 란탄(La), 리튬(Li), 니오븀(Ni), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 질소(N) 또는 이들의 조합이 도핑된 산화티타늄을 포함하는 태양 전지.
9. The method of claim 8,
The photoelectrode may be formed of titanium oxide or one or more of aluminum (Al), copper (Cu), lanthanum (La), lithium (Li), niobium (Ni), tantalum (Ta), tungsten A combination solar cell comprising doped titanium oxide.
제8항에서,
상기 광 산란체와 상기 복수의 나노체는 아나타제 상(anatase phase)의 산화티타늄을 포함하는 태양 전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the light scattering body and the plurality of nano bodies include titanium oxide in an anatase phase.
제1항에서,
상기 광 흡수체는 상기 광 산란체의 표면 및 상기 복수의 나노체의 표면에 흡착되어 있는 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the light absorber is adsorbed on a surface of the light scattering body and a surface of the plurality of nano bodies.
제1항에서,
상기 광 흡수체는 염료, 양자점 또는 이들의 조합을 포함하는 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the light absorber comprises a dye, a quantum dot, or a combination thereof.
제1 전극을 형성하는 단계,
상기 제1 전극 위에 활성층을 형성하는 단계, 그리고
상기 활성층 위에 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 활성층을 형성하는 단계는
상기 제1 전극 위에 복수의 고분자 입자들을 배치하는 단계,
상기 고분자 입자들의 표면에 산화물 반도체를 공급하는 단계,
열처리하여 상기 고분자 입자들을 열분해 제거하고 상기 산화물 반도체를 결정화하여 복수의 중공을 가지는 광 산란체를 형성하는 단계,
상기 광 산란체에 나노체 형성용 전구체 용액을 접촉시켜 상기 광 산란체로부터 뻗은 복수의 나노체를 형성하는 단계, 그리고
상기 광 산란체와 상기 복수의 나노체의 표면에 광 흡수체를 공급하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Forming a first electrode,
Forming an active layer on the first electrode, and
Forming a second electrode on the active layer
Lt; / RTI >
The step of forming the active layer
Disposing a plurality of polymer particles on the first electrode,
Supplying an oxide semiconductor to the surface of the polymer particles,
Thermally decomposing the polymer particles to crystallize the oxide semiconductor to form a light scattering body having a plurality of voids,
Forming a plurality of nano bodies extending from the light scattering body by contacting the nanoparticle forming precursor solution with the light scattering body, and
Supplying a light absorber to the surfaces of the light scattering body and the plurality of nano bodies,
Wherein the method comprises the steps of:
제13항에서,
상기 산화물 반도체를 공급하는 단계는 원자층증착법(atomic layer deposition), 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 레이어-바이-레이어 증착법(layer-by-layer deposition) 또는 이들의 조합을 사용하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
The step of supplying the oxide semiconductor may include a step of depositing the oxide semiconductor using an atomic layer deposition method, a chemical vapor deposition method, a layer-by-layer deposition method, or a combination thereof. Gt;
제13항에서,
상기 열처리하는 단계는 450℃ 이상에서 수행하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
Wherein the heat treatment is performed at 450 DEG C or higher.
제13항에서,
상기 나노체 형성용 전구체 용액은 벌키한 알킬 사슬을 가지는 금속염을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
Wherein the precursor solution for forming a nano body comprises a metal salt having a bulky alkyl chain.
제16항에서,
상기 벌키한 알킬 체인을 가지는 금속염은
금속염과 벌키한 알킬 사슬을 가지는 유기용매를 혼합하는 단계, 그리고
상기 금속염을 상기 벌키한 알킬 사슬로 치환하는 단계
에 의해 얻어지는 태양 전지의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
The metal salt having a bulky alkyl chain
Mixing a metal salt with an organic solvent having a bulky alkyl chain, and
Replacing the metal salt with the bulky alkyl chain
Wherein the method comprises the steps of:
제16항에서,
상기 금속염은 티타늄염인 태양 전지의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the metal salt is a titanium salt.
제16항에서,
상기 나노체 형성용 전구체 용액은 에틸렌디아민, 아세틸아세톤, 디에틸암모늄 또는 이들의 조합을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the precursor solution for forming a nano body further comprises ethylenediamine, acetylacetone, diethylammonium, or a combination thereof.
제13항에서,
상기 산화물 반도체는 산화티타늄을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.


The method of claim 13,
Wherein the oxide semiconductor comprises titanium oxide.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170115131A (en) * 2016-04-04 2017-10-17 한국생산기술연구원 Nanochannel-Dye-Sensitized Solar Cell Photoelectrodes and preparation method thereof

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