KR20160072938A - Photo-electorde for tandem structure photoelectrochemical cell comprising metal ultra-thin layer and photoelectrochemical cell comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 초박층을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극 및 이를 포함하는 광전기화학전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a photoelectrode for a tandem-structured photoelectric chemical battery including a metal super-thin layer and a photoelectric chemical battery including the same.
현재 에너지 문제와 환경 문제를 해결하기 위한 많은 연구들이 세계 곳곳에서 활발하게 진행되고 있다. 그 중에서 신재생에너지 개발에 대한 연구가 단연 압도적인데, 신재생에너지는 부족한 화석연료를 대체할 수 있는 지속재생가능한 에너지원으로서, 청정한 에너지 공급시스템으로 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있을 것으로 전망되고 있다. 태양에너지, 풍력에너지, 지열에너지, 해양에너지, 바이오매스에너지, 수소에너지와 같은 신재생에너지원들이 효과적으로 생산되고 소비될 수 있는 시스템을 개발하기 위해서 정부와 기업들이 신재생에너지 시스템 연구에 많은 연구가 진행중이다.
Currently, many studies are being actively conducted around the world to solve energy and environmental problems. Among them, research on the development of new and renewable energy is overwhelming. New and renewable energy is a sustainable renewable energy source that can replace fossil fuels. It will be able to solve energy and environmental problems simultaneously with a clean energy supply system. . In order to develop a system in which new and renewable energy sources such as solar energy, wind energy, geothermal energy, marine energy, biomass energy and hydrogen energy can be effectively produced and consumed, Is in progress.
신재생에너지 중에서도 특히, 수소에너지(H2)는 풍부한 자원인 물(H2O)로부터 생산될 수 있어 지속가능하며, 연료로 사용 후에는 다시 물이 되므로 재생이 가능하다. 또한, 연소 시에 온실가스인 이산화탄소뿐만 아니라 황산가스(SOx), 질산가스(NOx), 분진 등과 같은 대기오염의 원인이 되는 물질들을 배출하지 않기 때문에 친환경적이다.Among new renewable energy in particular, and can be produced from sustainable energy hydrogen (H 2) is water (H 2 O) rich in resources, after use in the fuel is capable of reproduction because the water again. In addition, it is eco-friendly because it does not emit not only carbon dioxide, which is a greenhouse gas, but also substances causing air pollution such as sulfuric acid gas (SO x ), nitric acid gas (NO x ), dust,
에너지밀도가 높아 같은 양의 다른 에너지원보다 훨씬 더 많은 에너지량을 얻을 수 있으며, 고압가스 또는 액체수소 형태로 이동시키기 쉽고, 수소저장합금 등을 이용하여 저장하기도 용이하다. 그래서 현재는 산업 전반에 걸쳐서 기초소재부터 수소자동차, 연료전지, 로켓연료 등에 이르기까지 여러 분야에서 이용되고 있으며 신재생에너지원으로서 사회적으로 큰 관심을 받고 있다.
It is possible to obtain much more energy than other energy sources of the same amount because it has a high energy density and is easy to move in the form of high-pressure gas or liquid hydrogen, and it is also easy to store using a hydrogen storage alloy or the like. Therefore, it is being used in various fields from basic materials to hydrogen cars, fuel cells, rocket fuels, etc. throughout the industry and it is receiving great social interest as a renewable energy source.
수소에너지를 생산하는 방법으로는 물의 전기분해 방법이 있다. 물의 전기분해는 아주 간단하고 신뢰성이 높으며 수소에너지의 대량 생산이 가능하다는 장점이 있지만, 물의 전기분해 시 사용되는 전기에너지의 비용이 높아 고가의 수소에너지를 생산한다. 이에 따라, 저렴한 비용으로 물을 효과적으로 분해하기 위해 태양광에너지를 이용한 광전기효과를 사용하는 수소생산방법이 고안되었다.
Hydrogen energy is produced by electrolysis of water. Although electrolysis of water is very simple and reliable, and it has the advantage of mass production of hydrogen energy, the cost of electric energy used in the electrolysis of water is high and produces expensive hydrogen energy. Accordingly, a hydrogen production method using a photoelectric effect using solar energy has been devised to effectively decompose water at a low cost.
광전기화학셀(Photoelectrochemical Cell)을 이용한 물 분해(Water Splitting) 방법은 1972 년 도쿄대의 Fujishima 교수와 Honda 교수가 티탄 산화물(TiO2)로 광자(photon)를 이용한 물의 분해반응에 대하여 보고한 이래 수십여 년 동안 연구가 진행되어 왔다. The water splitting method using photoelectrochemical cell was developed by Professor Fujishima and Professor Honda of Tokyo University in 1972 on the decomposition reaction of water using photon as titanium oxide (TiO 2 ) Research has been underway for years.
광전기화학적으로 수소를 생산하는 기술은 태양전지(Solar Cell) 시스템의 목적과 유사하지만, 광자에 의해 발생한 전자정공쌍(Electron-Hole Pair; EHP)이 전기 생산을 유도하는 것이 아니라 물의 산화환원반응을 통하여 수소기체와 산소기체의 발생을 유도한다는 것에 차이가 있다.
Photochemically, the technology to produce hydrogen chemically is similar to that of a solar cell system, but the electron-hole pair (EHP) generated by the photon induces the redox reaction of water And the generation of hydrogen gas and oxygen gas is induced through the hydrogen gas.
위와 같이 광전기화학전지(photoelectrochemical cell)을 이용한 물 분해를 통해서 무한한 태양광에너지와 지구의 풍부한 자원인 물을 이용하여 지속재생가능하고 청정한 시스템으로 수소에너지를 생산해낼 수 있다. 또한, 광전기화학전지를 이용한 물분해는 수소에너지와 더불어 산소를 생산하므로, 유기물분해와 정화작용에 이용할 수가 있으며, 오존으로 합성하여 적합한 곳에 응용도 가능하다.
Using the photoelectrochemical cell, water can be decomposed to generate hydrogen energy using a continuous renewable and clean system using infinite solar energy and earth's abundant resources. In addition, water decomposition using a photoelectrochemical cell produces oxygen as well as hydrogen energy, so it can be used for decomposition and purification of organic matter, and it can be applied to a suitable place by synthesis with ozone.
광전기화학전지를 구성하는 반도체산화물을 포함한 광전극은, 태양광을 흡수하여 전자-홀의 엑시톤(exciton)을 형성하며 상대전극과는 외부회로로 연결되어 있다. 두 전극은 수용액 전해질과 접촉하게 되어 있으며, 두 전극에서는 각각 물의 산화와 환원반응이 일어나게 되어 산소와 수소를 생산하게 된다.
A photoelectrode including a semiconductor oxide constituting a photoelectric chemical cell absorbs sunlight to form an exciton of an electron-hole, and is connected to an external electrode through an external circuit. The two electrodes are in contact with the aqueous electrolyte, and the oxidation and reduction reactions of water are produced at the two electrodes, respectively, to produce oxygen and hydrogen.
일반적으로 물분해 에너지(1.23 eV) 이상의 밴드갭을 갖는 무기 반도체를 이용하여 광전기화학 물분해 셀을 제조할 수 있으나 TiO2 , WO3 와 같은 단층 무기물로 제조된 셀의 경우, UV 파장을 주로 흡수하기 때문에 태양광-수소 전환 효율이 1% 미만으로 매우 낮다. 주로 밴드갭이 2.5 eV 이상인 SrTiO3, TiO2, WO3 등이 주된 재료로 사용되고 있으나, 밴드갭이 2.5 eV 이상인 재료들은 주로 태양광의 4% 미만을 차지하는 자외선 파장 흡수하여 홀과 전자를 만들어 내기 때문에 태양-수소 에너지전환 효율이 매우 낮아 경제적이지 못하다.Generally, photoelectrochemical degradation cells can be fabricated by using an inorganic semiconductor having a band gap of 1.23 eV or more. However , in the case of a cell made of a single-layer inorganic material such as TiO 2 and WO 3 , , The solar-to-hydrogen conversion efficiency is as low as less than 1%. SrTiO 3 , TiO 2 , and WO 3 , which have a bandgap of 2.5 eV or more, are mainly used. However, materials with a band gap of 2.5 eV or more mainly absorb holes and electrons by absorbing ultraviolet wavelengths of less than 4% Solar - hydrogen energy conversion efficiency is very low and not economical.
또한 생성된 전자/홀 쌍이 빠르게 재조합되고 역반응이 쉽게 일어나며 가시광선에 의한 무기 반도체의 활성화가 낮다는 문제점이 있다.
Also, the generated electron / hole pairs are rapidly recombined, the reverse reaction easily occurs, and the activation of the inorganic semiconductor by visible light is low.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 서로 다른 빛의 흡수 영역을 가지는 두 개의 반도체 층을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지가 개시된 바 있다(Nano Energy, 2013, 2, 351).In order to solve the above problems, a tandem-shaped photoelectrochemical cell including two semiconductor layers having different light absorbing regions has been disclosed (Nano Energy, 2013, 2, 351).
일반적으로 이러한 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 구성 요소는 화학반응에 필요한 전자-정공 쌍을 생성하기 위해 필요한 두 개의 광자이다. 예를 들어, 대다수의 캐리어가 수소를 생산하기 위해 광기전력셀 하부(예를 들어, 후면 전극)에서 금속 전극으로 주입되고, 상부 광전극에서 물의 산화반응이 수행된다.In general, the components of the photoelectrode for such a tandem-structured photoelectrochemical cell are two photons necessary to generate an electron-hole pair required for a chemical reaction. For example, a majority of carriers are injected into the metal electrode at the bottom of the photovoltaic cell (e.g., the back electrode) to produce hydrogen, and the oxidation reaction of water at the top photovoltaic electrode is performed.
상부/하부 반도체 층에서의 계면간 재결합(interface recombination)은 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 효과를 얻기 위한 중요한 요소이며, 상부/하부 반도체 층의 계면에서 밴드갭 정렬과 저항 거동은 효율적인 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제조하는 데 가장 중요한 문제이다.The interface recombination in the upper / lower semiconductor layers is an important factor for obtaining the effect of the photoelectrode for a tandem-structured photoelectrochemical cell, and the bandgap alignment and resistance behavior at the interface of the upper / Is the most important problem in the manufacture of photoelectrodes for photoelectrochemical cells.
일반적으로, 금속 산화물을 포함하는 반도체 층과 실리콘을 포함하는 실리콘을 포함하는 반도체 층의 계면은 비저항 거동을 나타낸다.
Generally, the interface between a semiconductor layer containing a metal oxide and a semiconductor layer containing silicon including silicon exhibits a resistivity behavior.
이에, 본 발명자들은 태양광-수소 에너지전환 효율을 향상시키기 위해 연구하던 중, 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에서, 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 개발하였으며, 이를 통해 태양광-수소 에너지전환 효율이 향상되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention have been studying to improve the solar-to-hydrogen energy conversion efficiency. In the photoelectrode for tandem-structured photoelectric chemical batteries, a tandem structure including a metal ultra-thin layer Structure of photoelectrochemical cell was developed and confirmed that the conversion efficiency of solar-hydrogen energy was improved, and the present invention was completed.
본 발명의 목적은 태양광-수소 에너지전환 효율을 향상시키기 위하여 금속 초박층을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극 및 이를 포함하는 광전기화학전지를 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a tandem-structured photoelectrode for a photoelectrochemical cell including a metal super-thin layer and a photo-electrochemical cell including the same, in order to improve the solar-to-hydrogen energy conversion efficiency.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층;A first semiconductor layer comprising silicon;
금속 산화물인 제2 반도체 층; 및A second semiconductor layer which is a metal oxide; And
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 위치하는 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제공한다.
And a metal ultra-thin layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The tandem-structured photoelectrochemical cell includes the photo-electrode.
또한, 본 발명은In addition,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층을 준비하는 단계(단계 1);Preparing a first semiconductor layer comprising silicon (step 1);
상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체 층 표면에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 형성하는 단계(단계 2); 및Forming a metal ultra-thin layer on the surface of the first semiconductor layer prepared in step 1 (step 2); And
상기 단계 2에서 형성된 금속 초박층 표면에 금속 산화물인 제2 반도체 층을 형성하는 단계(단계 3);를 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법을 제공한다.
And forming a second semiconductor layer, which is a metal oxide, on the surface of the metal superfine layer formed in step 2 (step 3).
나아가, 본 발명은Further,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층; 금속 산화물인 제2 반도체 층; 및 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 위치하는 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 포함하는 광전극;A first semiconductor layer comprising silicon; A second semiconductor layer which is a metal oxide; And a metal ultra-thin layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
기준전극; A reference electrode;
상대전극; 및 A counter electrode; And
전해질;을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지를 제공한다.
An electrochemical cell having a tandem structure including an electrolyte is provided.
더욱 나아가, 본 발명은Further,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층 및 금속 산화물인 제2 반도체 층을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 효율을 향상시키는 방법에 있어서, 1. A method of improving the efficiency of a photoelectrochemical cell for tandem-structured photoelectrochemical cells comprising a first semiconductor layer comprising silicon and a second semiconductor layer which is a metal oxide,
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 형성하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 효율을 향상시키는 방법을 제공한다.
And a metal ultra-thin layer is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to improve efficiency of the photoelectrode for the tandem-structured photoelectrochemical battery.
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극은 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 포함함으로써, 금속 산화물인 반도체 층 및 실리콘을 포함하는 반도체 층 사이에 저항 접촉(ohmic contact)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 광을 통해 생성된 전자와 정공의 재결합 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 나노 입자를 형성하는 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 현저히 향상되는 효과가 있다.
The photoelectrode for a tandem-structured photoelectric chemical cell according to the present invention can form an ohmic contact between a semiconductor layer, which is a metal oxide, and a semiconductor layer including silicon, by including a metal superficial layer between two semiconductor layers. have. Thus, the recombination efficiency of electrons and holes generated through light can be improved. Particularly, the gold (Au) superfine layer forming the nanoparticles aligned with a proper spacing has an increased exciton generation and surface plasmon resonance between the gold nanoparticles and near field plasmon coupling, There is an effect that the photocurrent density is remarkably improved due to the decrease in the resistance at the photoactive semiconductor layer and the interface due to the photoresist.
도 1은 본 발명에 따른 광전기화학전지용 광전극의 구조를 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 광전극을 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 광전극을 포함하는 광전기화학전지의 광전기화학 거동을 나타낸 그래프이고;
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극을 라만 분광 분석법으로 분석한 그래프이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극을 광전도 원자현미경(Photoconductive-AFM)으로 분석한 I-V 특성 그래프이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극을 광전도 원자현미경(Photoconductive-AFM)으로 분석한 전류 응답 그래프 및 전압 응답 그래프이다.1 is a schematic view showing a structure of a photoelectrode for a photoelectrochemical cell according to the present invention;
2 is a photograph of the photoelectrode prepared in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 according to the present invention, observed with a scanning electron microscope;
3 is a graph showing the photoelectrochemical behavior of the photoelectrochemical cell including the photoelectrode manufactured in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 according to the present invention;
4 is a graph of Raman spectroscopic analysis of the photoelectrodes prepared in Example 1 and Example 2 according to the present invention;
FIG. 5 is a graph of IV characteristics obtained by analyzing the photoelectrodes prepared in Examples 1 and 2 according to the present invention by photoconductive-AFM; FIG.
FIG. 6 is a graph of a current response graph and a voltage response obtained by analyzing the photoelectrode prepared in Example 1 and Example 2 according to the present invention with a photoconductive-AFM.
본 발명은The present invention
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층;A first semiconductor layer comprising silicon;
금속 산화물인 제2 반도체 층; 및A second semiconductor layer which is a metal oxide; And
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 위치하는 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제공한다.
And a metal ultra-thin layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The tandem-structured photoelectrochemical cell includes the photo-electrode.
이때, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 일례로서 도 1에 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 구조를 모식도로 나타내었으며,FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a photoelectrode for a tandem-type photoelectric chemical cell, as an example of a tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a tandem-structured photoelectrochemical electrode for photoelectrode according to the present invention will be described in detail.
탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에서 상부/하부 반도체 층에서의 계면간 재결합(interface recombination)은 우수한 성능을 얻기 위한 중요한 요소이다. 특히, 상부/하부 반도체 층의 계면에서 밴드갭 정렬과 저항 거동은 효율적인 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제조하는 데 가장 중요한 문제이다.Interfacial recombination in the upper / lower semiconductor layers in the photoelectrode for a tandem-structured photoelectrochemical cell is an important factor for obtaining excellent performance. Particularly, band gap alignment and resistance behavior at the interface between the upper and lower semiconductor layers are the most important problems in manufacturing an optical electrode for an optoelectrochemical cell having an efficient tandem structure.
일반적으로, 금속 산화물을 포함하는 반도체 층과 실리콘을 포함하는 실리콘을 포함하는 반도체 층의 계면은 비저항 거동을 나타낸다. 이에 따라, 태양광-수소 에너지전환 효율이 감소하는 문제가 있다.
Generally, the interface between a semiconductor layer containing a metal oxide and a semiconductor layer containing silicon including silicon exhibits a resistivity behavior. Accordingly, there is a problem that the solar-to-hydrogen energy conversion efficiency is reduced.
이에, 본 발명에서는 태양광-수소 에너지전환 효율을 향상시키기 위해 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a tandem-structured photoelectrode for a photoelectrochemical cell including a metal ultra-thin layer between two semiconductor layers for improving solar-to-hydrogen energy conversion efficiency.
이때, 초박층이라는 것은 박막 형태뿐만 아니라, 다양한 형태(입자 형태, 와이어 형태, 로드 형태 등)의 물질들이 분포되어 형성된 층을 의미한다.At this time, the super thin layer means a layer in which materials of various shapes (particle shape, wire shape, rod shape, etc.) are distributed in addition to the thin film shape.
상기와 같이, 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 포함함으로써, 금속 산화물인 반도체 층 및 실리콘을 포함하는 반도체 층 사이에 저항 접촉(ohmic contact)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 광을 통해 생성된 전자와 정공의 재결합 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 나노 입자를 형성하는 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 현저히 향상된다.
As described above, by including the metal super-thin layer between the two semiconductor layers, an ohmic contact can be formed between the semiconductor layer, which is the metal oxide, and the semiconductor layer including the silicon. Thus, the recombination efficiency of electrons and holes generated through light can be improved. Particularly, the gold (Au) superfine layer forming the nanoparticles aligned with a proper spacing has an increased exciton generation and surface plasmon resonance between the gold nanoparticles and near field plasmon coupling, The photocurrent density is remarkably improved due to the reduction in resistance at the photoactive semiconductor layer and the interface due to the photoresist.
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극(100)은 실리콘을 포함하는 제1 반도체 층(20); 및 금속 산화물인 제2 반도체 층(40);을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극이며, 특히, 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer, 30);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
A photoelectrode (100) for a photoelectric chemical cell of a tandem structure according to the present invention comprises: a first semiconductor layer (20) comprising silicon; And a
구체적으로, 상기 금속 초박층(30)은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 오스뮴(Os) 등의 금속 또는 상기 금속의 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 금 또는 백금일 수 있다.Specifically, the metal
또한, 상기 금속 초박층은 박막 형태, 입자 형태, 와이어 형태 및 로드 형태등일 수 있으며, 바람직하게는 박막 형태 또는 입자 형태일 수 있고, 더욱 바람직하게는 나노 입자 형태일 수 있다. 금속 초박층의 형태는 금속의 종류에 따라 그 표면 에너지가 다르기 때문에 열처리시 다양한 형태로 존재할 수 있다. 이때, 특히 금(Au)으로 금속 초박층을 형성하는 경우 금속 초박층은 나노 입자 형태를 띄며, 금 나노 입자가 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 가장 우수하다.In addition, the metal superfine layer may be in the form of a thin film, a particle, a wire, a rod, and the like, preferably in the form of a thin film or a particle, more preferably in the form of nanoparticles. Since the surface energy of the metal superfine layer varies depending on the type of metal, it may exist in various forms during the heat treatment. In this case, when a metal superfine layer is formed with gold (Au), the metal superfine layer is in the form of nanoparticles, and the gold (Au) superfine layer arranged so that the gold nanoparticles have a proper interval is exciton- And the photocurrent density is the most excellent due to the reduction of the resistance at the photoactive semiconductor layer and the interface due to the surface plasmon resonance between the gold nanoparticles and the near field plasmon coupling.
나아가, 상기 금속 초박층의 두께는 1 nm 내지 10 nm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 금속 초박층의 두께가 1 nm 미만일 경우에는 금속 초박층의 형성으로 인한 효과를 얻을 수 없는 문제가 있으며, 10 nm를 초과하는 경우에는 광 투과율이 낮아져서 에너지 전환 효율이 감소하는 문제가 있다.
Furthermore, the thickness of the metal superfine layer is preferably 1 nm to 10 nm. If the thickness of the metal super thin layer is less than 1 nm, there is a problem that the effect due to the formation of the metal super thin layer can not be obtained. If the thickness is more than 10 nm, the light transmittance is lowered, .
또한, 상기 금속 산화물은 텅스텐 산화물, 티탄 산화물, 갈륨 산화물, 인듐 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 마그네슘 산화물 및 나이오븀 산화물 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일례로써, 텅스텐 산화물(WO3)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The metal oxide may be, but not limited to, tungsten oxide, titanium oxide, gallium oxide, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, magnesium oxide, and niobium oxide. As an example, it may be tungsten oxide (WO 3 ), but is not limited thereto.
또한, 상기 제2 반도체 층(40)의 두께는 50 nm 내지 1,000 nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 nm 내지 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
In addition, the thickness of the
한편, 상기 광전극(100)은 금속을 포함하는 후면 전극(10)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 추후 광전극을 포함하는 광전기화학전지를 제조하였을 때, 후면 전극을 통해 전자가 상대 전극으로 이동하여 반응을 수행할 수 있다.
The
또한, 본 발명은In addition,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층을 준비하는 단계(단계 1);Preparing a first semiconductor layer comprising silicon (step 1);
상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체 층 표면에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 형성하는 단계(단계 2); 및Forming a metal ultra-thin layer on the surface of the first semiconductor layer prepared in step 1 (step 2); And
상기 단계 2에서 형성된 금속 초박층 표면에 금속 산화물인 제2 반도체 층을 형성하는 단계(단계 3);를 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법을 제공한다.
And forming a second semiconductor layer, which is a metal oxide, on the surface of the metal superfine layer formed in step 2 (step 3).
이하, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에 있어서, 단계 1은 실리콘을 포함하는 제1 반도체 층을 준비하는 단계이다.First, in the tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention,
상기 단계 1에서는 일반적으로 사용될 수 있는 실리콘을 포함하는 제1 반도체 층을 준비한다.
In the
구체적으로, 상기 단계 1의 제1 반도체층의 준비는 일반적인 반도체 공정 즉, 단결정 성장, 규소봉 절단 및 웨이퍼 표면 연마에 의해 생성된 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)로 제조될 수도 있겠으나, 이에 제한되지 않는다.
Specifically, the preparation of the first semiconductor layer in
다음으로, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체 층 표면에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 형성하는 단계이다.Next, in the tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention,
탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에서 상부/하부 반도체 층에서의 계면간 재결합(interface recombination)은 우수한 성능을 얻기 위한 중요한 요소이다. 특히, 상부/하부 반도체 층의 계면에서 밴드갭 정렬과 저항 거동은 효율적인 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제조하는 데 가장 중요한 문제이다.Interfacial recombination in the upper / lower semiconductor layers in the photoelectrode for a tandem-structured photoelectrochemical cell is an important factor for obtaining excellent performance. Particularly, band gap alignment and resistance behavior at the interface between the upper and lower semiconductor layers are the most important problems in manufacturing an optical electrode for an optoelectrochemical cell having an efficient tandem structure.
일반적으로, 금속 산화물을 포함하는 반도체 층과 실리콘을 포함하는 실리콘을 포함하는 반도체 층의 계면은 비저항 거동을 나타낸다. 이에 따라, 태양광-수소 에너지전환 효율이 감소하는 문제가 있다.
Generally, the interface between a semiconductor layer containing a metal oxide and a semiconductor layer containing silicon including silicon exhibits a resistivity behavior. Accordingly, there is a problem that the solar-to-hydrogen energy conversion efficiency is reduced.
이에, 본 발명에서는 태양광-수소 에너지전환 효율을 향상시키기 위해 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 형성하여 광전극을 제조하는 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method of fabricating a photoelectrode by forming a metal ultra-thin layer between two semiconductor layers to improve the solar-to-hydrogen energy conversion efficiency.
상기와 같이, 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 형성함으로써, 금속 산화물인 반도체 층 및 실리콘을 포함하는 반도체 층 사이에 저항 접촉(ohmic contact)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 광을 통해 생성된 전자와 정공의 재결합 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 나노 입자를 형성하는 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 현저히 향상된다.
As described above, ohmic contact can be formed between the semiconductor layer, which is the metal oxide, and the semiconductor layer including silicon, by forming the metal superficial layer between the two semiconductor layers. Thus, the recombination efficiency of electrons and holes generated through light can be improved. Particularly, the gold (Au) superfine layer forming the nanoparticles aligned with a proper spacing has an increased exciton generation and surface plasmon resonance between the gold nanoparticles and near field plasmon coupling, The photocurrent density is remarkably improved due to the reduction in resistance at the photoactive semiconductor layer and the interface due to the photoresist.
구체적으로, 상기 단계 2의 금속 초박층은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 오스뮴(Os) 등의 금속 또는 상기 금속의 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 금 또는 백금일 수 있다.
Specifically, the metal superfine layer of
또한, 상기 단계 2의 금속 초박층은 박막 형태, 입자 형태, 와이어 형태 및 로드 형태등일 수 있으며, 바람직하게는 박막 형태 또는 입자 형태일 수 있고, 더욱 바람직하게는 나노 입자 형태일 수 있다. 금속 초박층의 형태는 금속의 종류에 따라 그 표면 에너지가 다르기 때문에 다양한 형태로 존재할 수 있다. 이때, 특히 금(Au)으로 금속 초박층을 형성하는 경우 금속 초박층은 나노 입자 형태를 띄며, 금 나노 입자가 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 가장 우수하다.
In addition, the metal superfine layer in
나아가, 상기 단계 2에서 형성되는 금속 초박층의 두께는 1 nm 내지 10 nm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 금속 초박층의 두께가 1 nm 미만일 경우에는 금속 초박층의 형성으로 인한 효과를 얻을 수 없는 문제가 있으며, 10 nm를 초과하는 경우에는 광 투과율이 낮아져서 에너지 전환 효율이 감소하는 문제가 있다.
Furthermore, the thickness of the metal superfine layer formed in
다음으로, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 금속 초박층 표면에 금속 산화물인 제2 반도체 층을 형성하는 단계이다.Next, in the tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention,
상기 단계 3에서는 탠덤 구조를 형성하기 위한 반도체 층으로 금속 산화물인 제2 반도체 층을 형성한다.
In
구체적으로, 상기 단계 3의 금속 산화물은 텅스텐 산화물, 티탄 산화물, 갈륨 산화물, 인듐 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 마그네슘 산화물 및 나이오븀 산화물 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일례로써, 텅스텐 산화물(WO3)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
Specifically, the metal oxide of
또한, 상기 단계 3의 제2 반도체 층의 두께는 50 nm 내지 1,000 nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 nm 내지 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
In addition, the thickness of the second semiconductor layer in the
나아가, 본 발명은Further,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층; 금속 산화물인 제2 반도체 층; 및 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 위치하는 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 포함하는 광전극;A first semiconductor layer comprising silicon; A second semiconductor layer which is a metal oxide; And a metal ultra-thin layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
기준전극; A reference electrode;
상대전극; 및 A counter electrode; And
전해질;을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지를 제공한다.
An electrochemical cell having a tandem structure including an electrolyte is provided.
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지는 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 포함하는 광전극을 포함한다. 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극은 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 포함함으로써, 금속 산화물인 반도체 층 및 실리콘을 포함하는 반도체 층 사이에 저항 접촉(ohmic contact)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 광을 통해 생성된 전자와 정공의 재결합 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 나노 입자를 형성하는 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 현저히 향상되는 효과가 있다.
A tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention includes a photo-electrode including a metal super-thin layer between two semiconductor layers. The photoelectrode for a tandem-structured photoelectric chemical cell according to the present invention can form an ohmic contact between a semiconductor layer, which is a metal oxide, and a semiconductor layer including silicon, by including a metal superficial layer between two semiconductor layers. have. Thus, the recombination efficiency of electrons and holes generated through light can be improved. Particularly, the gold (Au) superfine layer forming the nanoparticles aligned with a proper spacing has an increased exciton generation and surface plasmon resonance between the gold nanoparticles and near field plasmon coupling, There is an effect that the photocurrent density is remarkably improved due to the decrease in the resistance at the photoactive semiconductor layer and the interface due to the photoresist.
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지에 있어서, 상기 기준전극(reference electrode)은 수소전극(Pt/H2), 칼로멜전극(Hg/HgCl2), 은-염화은전극(Ag/AgCl), 수은-황산수은전극(Hg/HgSO4) 및 수은-산화수은전극(Hg/HgO) 등의 수용액계 기준전극일 수 있다.In the tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention, the reference electrode includes a hydrogen electrode (Pt / H 2 ), a calomel electrode (Hg / HgCl 2 ), a silver-silver chloride electrode (Ag / AgCl) Based reference electrode such as a mercury-sulfuric acid electrode (Hg / HgSO 4 ) and a mercury-mercury-hydrogen electrode (Hg / HgO).
또한, 상기 상대전극(counter electrode)은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd) 및 탄탈륨(Ta) 등의 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
The counter electrode may include a metal such as platinum (Pt), iridium (Ir), palladium (Pd), and tantalum (Ta) or an alloy thereof.
더욱 나아가, 본 발명은Further,
실리콘을 포함하는 제1 반도체 층 및 금속 산화물인 제2 반도체 층을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 효율을 향상시키는 방법에 있어서, 1. A method of improving the efficiency of a photoelectrochemical cell for tandem-structured photoelectrochemical cells comprising a first semiconductor layer comprising silicon and a second semiconductor layer which is a metal oxide,
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 형성하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 효율을 향상시키는 방법을 제공한다.
And a metal ultra-thin layer is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to improve efficiency of the photoelectrode for the tandem-structured photoelectrochemical battery.
본 발명에서는 광전기화학전지용 광전극의 효율을 향상시키기 위해 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조의 광전기화학전지용 광전극은 두 개의 반도체 층 사이에 금속 초박층을 포함함으로써, 금속 산화물인 반도체 층 및 실리콘을 포함하는 반도체 층 사이에 저항 접촉(ohmic contact)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 광을 통해 생성된 전자와 정공의 재결합 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 적절한 사이 간격을 가지도록 정렬된 나노 입자를 형성하는 금(Au) 초박층은 여기자(exciton) 생성의 증가 및 금 나노 입자 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공진과 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling)으로 인한 광활성 반도체 층 및 계면에서 저항 감소로 인해 광전류 밀도가 현저히 향상되는 효과가 있다.
The present invention is characterized by including a metal superficial layer between two semiconductor layers in order to improve the efficiency of a photoelectrode for a photoelectrochemical battery. The photoelectrode for a photoelectrochemical cell having such a structure includes an ultra-thin metal layer between two semiconductor layers, thereby forming an ohmic contact between the semiconductor layer, which is a metal oxide, and the semiconductor layer including silicon. Thus, the recombination efficiency of electrons and holes generated through light can be improved. Particularly, the gold (Au) superfine layer forming the nanoparticles aligned with a proper spacing has an increased exciton generation and surface plasmon resonance between the gold nanoparticles and near field plasmon coupling, There is an effect that the photocurrent density is remarkably improved due to the decrease in the resistance at the photoactive semiconductor layer and the interface due to the photoresist.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Experimental Examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples and experimental examples are intended to illustrate the contents of the present invention, but the scope of the invention is not limited by the examples and the experimental examples.
<실시예 1> 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조 1Example 1 Preparation of tandem-structured photoelectrochemical electrode for
단계 1: N형 실리콘 기판(<100>-정렬, 저항 : 5 ~ 10 Ωㆍcm, 직경 : 100 mm, 두께 : 375 ㎛, single side polished, Okmetic Finland) 상부에 마이크로 구조의 실리콘 어레이를 제조하였다.Step 1: Microstructured silicon arrays were fabricated on an N-type silicon substrate (<100> -oriented, resistance: 5-10 Ω.cm, diameter: 100 mm, thickness: 375 μm, single side polished, Okmetic Finland) .
마이크로 구조의 실리콘 어레이를 형성하는 것은 다음과 같다.The formation of a microstructured silicon array is as follows.
실리콘 웨이퍼를 100 % 질산에서 5 분 동안 2 회 침지시키고, 69 % 발연 질산(fuming nitric acid)에서 15 분 동안 침지시켜 세정하고, 증류수로 세척하였다. 또한, 1 % 수용성 불산(HF)에 침지시켜 실리콘 질화물 증착 전에 자연 산화막을 제거하고, 건조시켰다. 이후, 100 nm 두께의 질소가 풍부한 실리콘(SiRN)을 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)를 사용하여 증착시켰다. 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE, Adixen AMS100DE)을 이용하여 실리콘 웨이퍼 후면에 증착된 SiRN 층을 제거하였다. LPCVD로 인해 인 산화물로 덮여 있는 후면을 추후 알루미늄과 저항 접촉을 시키기 위한 n+를 형성하기 위하여 1050 ℃의 온도에서 15 분 동안 가열하였다. 이후 잔류된 인 산화물 층은 불화 수소에 침지시켜 제거하였다. 다시 한번, 100 nm의 SiRN 층을 전체 웨이퍼 상부에 성장시키고, RIE를 사용하여 전면을 제거하였다.The silicon wafer was immersed twice in 100% nitric acid for 5 minutes, rinsed by immersion in 69% fuming nitric acid for 15 minutes, and washed with distilled water. Further, the substrate was immersed in 1% aqueous hydrofluoric acid (HF) to remove the native oxide film before silicon nitride deposition and dried. Subsequently, 100 nm thick nitrogen-rich silicon (SiRN) was deposited using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). Reactive ion etching (RIE, Adixen AMS100DE) was used to remove the SiRN layer deposited on the back side of the silicon wafer. The backside covered with phosphorus oxide by LPCVD was then heated for 15 minutes at a temperature of 1050 ° C to form n + for ohmic contact with aluminum. The remaining phosphorus oxide layer was then removed by immersion in hydrogen fluoride. Again, a 100 nm SiRN layer was grown on top of the entire wafer and the front was removed using RIE.
자외선 리소그래피(UV-lithography)를 사용하여 마이크로기둥(micropillar)의 어레이(직경 4 ㎛, 간격 2 ㎛, 충전 밀도 35 %)를 형성하고, 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching, DRIE)으로 Bosch 공정을 통해 측벽 상에 패시베이션 층을 생성하였다. 마이크로기둥의 높이는 에칭 시간에 의해 결정되며, 10 분으로 설정하여 약 30 ㎛의 높이를 가지는 마이크로기둥이 형성되었다. 에칭 후, 20 분 동안 세정한 후, 기판을 건조시켰다.An array of micropills (
실리콘 마이크로기둥 어레이의 붕소 도핑은 고체 소스 도테이션(solid source dotation, SSD)을 사용하여 수행하였다. Boron doping of the silicon micropillar array was performed using solid source dotation (SSD).
상기와 같은 방법으로 실리콘을 포함하는 제1 반도체층을 준비하였다.
A first semiconductor layer containing silicon was prepared as described above.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체층 표면에 전자빔 증착법(E-beam evaporation method)으로 1 nm 두께의 백금(Pt) 초박층을 형성하였다.
Step 2: A platinum (Pt) thin layer having a thickness of 1 nm was formed on the surface of the first semiconductor layer prepared in the
단계 3: 상기 단계 2에서 형성된 백금 초박층 표면에 고주파 마그네트론 스퍼터링(rf magnetron sputtering)으로 250 nm 두께의 텅스텐 산화물(WO3)인 제2 반도체 층을 형성하였다.Step 3: A second semiconductor layer of tungsten oxide (WO 3 ) having a thickness of 250 nm was formed on the surface of the platinum superfine layer formed in
이때, 고주파 마그네트론 스퍼터링은 50 W의 고주파 파워, 50 sccm 유량의 아르곤, 0.5 sccm 유량의 산소, 5 mtorr의 압력 및 실온에서 수행하였다.At this time, high-frequency magnetron sputtering was performed at a high frequency power of 50 W, argon at a flow rate of 50 sccm, oxygen at a flow rate of 0.5 sccm, pressure of 5 mtorr, and room temperature.
이후, 후면 전극으로 상기에서 형성된 제2 반도체 층 표면에 100 nm의 알루미늄 전극을 형성하였으며, 마지막으로 오븐에서 500 ℃의 온도로 2 시간 동안 열처리하여 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제조하였다.
Thereafter, a 100 nm aluminum electrode was formed on the surface of the second semiconductor layer formed as the back electrode, and finally, a heat treatment was performed at 500 < 0 > C for 2 hours in an oven to manufacture a tandem-structured photoelectrochemical electrode.
<실시예 2> 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조 2≪ Example 2 > Preparation of tandem structure photoelectrode for
단계 1: 상기 실시예 1의 단계 1과 동일하게 수행하여 실리콘을 포함하는 제1 반도체층을 준비하였다.
Step 1: A first semiconductor layer containing silicon was prepared in the same manner as in
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체층 표면에 전자빔 증착법(E-beam evaporation method)으로 약 10 nm 직경의 금(Au) 나노 입자를 포함하는 초박층을 형성하였다.
Step 2: On the surface of the first semiconductor layer prepared in
단계 3: 상기 단계 2에서 형성된 금 나노 입자를 포함하는 초박층 표면에 고주파 마그네트론 스퍼터링(rf magnetron sputtering)으로 250 nm 두께의 텅스텐 산화물(WO3)인 제2 반도체 층을 형성하였다.Step 3: A second semiconductor layer of tungsten oxide (WO 3 ) having a thickness of 250 nm was formed on the surface of the ultra-thin layer including gold nanoparticles formed in
이때, 고주파 마그네트론 스퍼터링은 50 W의 고주파 파워, 50 sccm 유량의 아르곤, 0.5 sccm 유량의 산소, 5 mtorr의 압력 및 실온에서 수행하였다.At this time, high-frequency magnetron sputtering was performed at a high frequency power of 50 W, argon at a flow rate of 50 sccm, oxygen at a flow rate of 0.5 sccm, pressure of 5 mtorr, and room temperature.
이후, 후면 전극으로 상기에서 형성된 제2 반도체 층 표면에 100 nm의 알루미늄 전극을 형성하였으며, 마지막으로 오븐에서 500 ℃의 온도로 2 시간 동안 열처리하여 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제조하였다.
Thereafter, a 100 nm aluminum electrode was formed on the surface of the second semiconductor layer formed as the back electrode, and finally, a heat treatment was performed at 500 < 0 > C for 2 hours in an oven to manufacture a tandem-structured photoelectrochemical electrode.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
단계 1: 상기 실시예 1의 단계 1과 동일하게 수행하여 실리콘을 포함하는 제1 반도체층을 준비하였다.
Step 1: A first semiconductor layer containing silicon was prepared in the same manner as in
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체층 표면에 고주파 마그네트론 스퍼터링(rf magnetron sputtering)으로 250 nm 두께의 텅스텐 산화물(WO3)인 제2 반도체 층을 형성하였다.Step 2: A second semiconductor layer of tungsten oxide (WO 3 ) having a thickness of 250 nm was formed on the surface of the first semiconductor layer prepared in
이때, 고주파 마그네트론 스퍼터링은 50 W의 고주파 파워, 50 sccm 유량의 아르곤, 0.5 sccm 유량의 산소, 5 mtorr의 압력 및 실온에서 수행하였다.At this time, high-frequency magnetron sputtering was performed at a high frequency power of 50 W, argon at a flow rate of 50 sccm, oxygen at a flow rate of 0.5 sccm, pressure of 5 mtorr, and room temperature.
이후, 후면 전극으로 상기에서 형성된 제2 반도체 층 표면에 100 nm의 알루미늄 전극을 형성하였으며, 마지막으로 오븐에서 500 ℃의 온도로 2 시간 동안 열처리하여 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 제조하였다.
Thereafter, a 100 nm aluminum electrode was formed on the surface of the second semiconductor layer formed as the back electrode, and finally, a heat treatment was performed at 500 < 0 > C for 2 hours in an oven to manufacture a tandem-structured photoelectrochemical electrode.
<실험예 1> 주사 전자 현미경 관찰<Experimental Example 1> Scanning electron microscopic observation
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 형상을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 광전극을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
The photoelectrodes prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were observed with a scanning electron microscope (SEM) to confirm the shape of the photoelectrode for a tandem-structured photoelectric chemical cell according to the present invention. 2.
도 2 a), 도 2 b) 및 도 2 c)에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 모두 제2 반도체 층인 텅스텐 산화물이 250 nm의 두께로 형성되었으며, 매끄러운 표면을 가진 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 2A, FIG. 2B and FIG. 2C, tungsten oxide, which is a second semiconductor layer, was formed to a thickness of 250 nm in each of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and a smooth surface .
또한, 도 2 g) 및 도 2 h)은 실시예 1 및 실시예 2의 광전극의 단면을 관찰한 사진으로, 도 2 g) 및 도 2 h)를 살펴보면, 백금 초박층이 형성된 실시예 1의 경우에는 백금 초박층이 1 nm 두께의 박막 형태로 형성된 것을 확인할 수 있으며, 금 나노 입자를 포함하는 초박층이 형성된 실시예 2의 경우에는 금 나노 입자가 직경 10 ~ 12 nm의 크기로 형성되고, 약 10 nm 이하의 간격으로 정렬된 것을 확인할 수 있었다.2 (g) and 2 (h) are cross-sectional photographs of the photoelectrodes of Examples 1 and 2, and FIGS. 2 (g) and 2 (h) It can be confirmed that the platinum superfine layer is formed in the form of a thin film having a thickness of 1 nm. In the case of Example 2 in which the superfine layer including the gold nanoparticles is formed, the gold nanoparticles are formed to have a diameter of 10 to 12 nm , And were aligned at intervals of about 10 nm or less.
특히, 상기 실시예 2의 경우에는 금 나노 입자가 적절한 간격으로 정렬되어 있음으로 인해, 탠덤 소자의 광학 특성에 영향을 미칠 수 있는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR) 효과가 발생할 것을 예상할 수 있다.
Particularly, in the case of Example 2, it is expected that the surface plasmon resonance (SPR) effect which may affect the optical characteristics of the tandem device can be expected because the gold nanoparticles are arranged at appropriate intervals have.
<실험예 2> 광전기화학 거동 분석<Experimental Example 2> Analysis of photoelectrochemical behavior
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 광전기화학 거동을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 광전극을 포함한 광전기화학전지를 제조하였다.
In order to confirm the photoelectrochemical behavior of the photoelectrochemical cell for tandem-structured photoelectric cells according to the present invention, the photoelectrochemical cell including the photoelectrode prepared in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 was manufactured.
탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 포함한 광전기화학전지는 상대전극으로 백금 와이어(Pt wire), 기준전극으로 은/염화은(Ag/AgCl)전극을 사용하였고, 광전극은 면적이 1.02 cm2 인 본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극을 사용하였으며, 상기 광전극과 상대전극을 0.1 M의 황화나트륨(sodium sulfate, Na2S)(pH ~3.6)이 포함된 전해질 수용액에 담지시켜 광전기화학전지를 제조하였다.A photoelectrochemical cell including a photoelectrochemical cell for a tandem-structured photoelectrochemical cell uses a Pt wire as a counter electrode and a silver / silver chloride (Ag / AgCl) electrode as a reference electrode. The photoelectrode has an area of 1.02 cm 2 The photoelectrode for the tandem-structured photoelectrochemical cell according to the present invention was used. The photoelectrode and the counter electrode were immersed in an electrolyte aqueous solution containing 0.1 M sodium sulfate (Na 2 S) (pH ~ 3.6) A battery was prepared.
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 광전극을 포함한 광전기화학전지를 사용하여 솔라 시뮬레이터로 AM 1.5(1 sun, 100 mW/cm2) 조건 하에서 시간에 따른 광전류를 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
Photocurrents were measured with a solar simulator under the condition of AM 1.5 (1 sun, 100 mW / cm 2 ) using the photoelectrochemical cell including the photoelectrode manufactured in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1, The results are shown in Fig.
도 3에 나타낸 바와 같이, 금속 초박층을 포함하지 않는 비교예 1의 광전극을 포함하는 광전기화학전지의 경우에는 전류 밀도가 0.21 mA/cm2으로 낮은 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 3, it was confirmed that the current density was as low as 0.21 mA / cm 2 in the photoelectrochemical cell including the photoelectrode of Comparative Example 1 which does not include the metal superfine layer.
이때, 백금 초박층이 형성된 광전극인 실시예 1의 광전극을 포함하는 광전기화학전지의 경우에는 전류 밀도가 0.41 mA/cm2로 비교예 1에 비해 약 95 % 향상된 것을 확인할 수 있었다.At this time, in the case of the photoelectrochemical cell including the photoelectrode of Example 1 in which the platinum superfine layer was formed, the current density was 0.41 mA / cm 2, which was about 95% higher than that of Comparative Example 1.
특히, 본 발명의 탠덤 구조의 광전극 중 금 나노 입자를 포함하는 초박층이 형성된 광전극인 실시예 2의 광전극을 포함하는 광전기화학전지의 경우에는 전류 밀도가 0.71 mA/cm2로 비교예 1에 비해 약 240 % 향상된 것을 확인할 수 있었다.
In particular, the embodiment photoelectrode ultrathin layer is formed, containing the gold nano-particles in the photo-electrode of the tandem structure of the present invention Example 2 of the comparative example in the case of a photoelectric chemical cell has a current density of 0.71 mA / cm 2 including a
이러한 결과를 바탕으로, 제1 반도체 층과 제2 반도체 층 사이에 금속 초박층을 형성함에 따라 종래의 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극보다 우수한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 형성되는 금속 초박층의 종류에 따라 다양한 전기적 특성이 변화할 수 있다는 것을 확인할 수 있으며, 특히 금 나노 입자를 포함하는 초박층의 경우 매우 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었다.
Based on these results, it was confirmed that superior performance of the conventional tandem-structured photoelectrode for a photoelectrochemical cell is obtained by forming a metal superficial layer between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. In addition, it can be confirmed that various electrical characteristics can be changed depending on the kind of the metal superfine layer formed. In particular, it can be confirmed that the superfine metal layer including gold nanoparticles can exhibit very good electrical characteristics.
<실험예 3> 라만 분광법 분석Experimental Example 3 Raman spectroscopic analysis
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 금속 초박층에서의 발산광을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극을 라만 분광 분석법으로 분석하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
The photoelectrodes prepared in Examples 1 and 2 were analyzed by Raman spectroscopy in order to confirm the divergent light in the metal super thin layer of the photoelectrode for a tandem-type photoelectric chemical cell according to the present invention. Respectively.
도 4에 나타낸 바와 같이, 518 cm-1에서 나타난 피크와 710 cm-1 및 805 cm-1에서 나타난 피크는 각각 Si-Si 및 W-O-W 스트레치를 나타내는 피크인 것을 알 수 있다. 실리콘과 관련된 피크 강도만 다양한 금속의 종류에 따라 각 피크의 상대 피크 강도 비율을 비교하여 보면, 백금(Pt)을 사용한 경우 텅스텐 산화물의 가림 효과에 의해 금속 초박층이 없는 경우보다 더 낮은 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 4, it can be seen that the peak at 518 cm -1 and the peak at 710 cm -1 and 805 cm -1 are peaks indicating Si-Si and WOW stretch, respectively. The relative peak intensity ratio of each peak according to various types of metals is compared with that of silicon only. As a result, it is confirmed that the use of platinum (Pt) is lower than that of the case where there is no metal thin layer due to the covering effect of tungsten oxide have.
반면, 금 나노 입자를 포함하는 초박층이 형성된 광전극의 경우 더욱 뚜렷하게 강화된 라만 피크를 확인할 수 있었다. 또한, 금 나노 입자 존재 하에서, 실리콘과 관련된 피크 강도가 상당히 증가하였다. 이 결과는 금 나노 입자의 플라즈몬 공명 효과를 통해 이해될 수 있다.
On the other hand, in the case of the ultra-thin-layer-formed photoelectrode containing gold nanoparticles, it was confirmed that the Raman peak was more clearly enhanced. Also, in the presence of gold nanoparticles, the peak intensity associated with silicon was significantly increased. This result can be understood through the plasmon resonance effect of gold nanoparticles.
<실험예 4> 광전도 원자현미경 분석<Experimental Example 4> Photoconductive atomic force microscopy
본 발명에 따른 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 광전류 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극을 광 조건에 따른 광전도 원자현미경(Photoconductive-AFM)으로 분석하였으며, I-V 특성 그래프, 전류 응답 그래프 및 전압 응답 그래프를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
In order to confirm the photocurrent characteristics of the photoelectrode for a tandem-structured photoelectric chemical cell according to the present invention, the photoelectrodes prepared in Examples 1 and 2 were analyzed by photoconductive-AFM according to light conditions , IV characteristic graph, current response graph, and voltage response graph are shown in Figs. 5 and 6.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극 모두 0 W에서 100 W로 광의 세기가 증가할수록 I-V 곡선이 좌측으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5, it can be seen that the I-V curve shifts to the left as the light intensity increases from 0 W to 100 W in the optical electrodes manufactured in the first and second embodiments.
반면, 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광전극의 I-V 곡선은 서로 다른 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 금 나노 입자를 포함하는 초박층이 형성된 광전극인 실시예 2의 경우 I-V 곡선의 기울기가 증가하였으며, 백금 초박층이 형성된 실시예 1의 경우에는 I-V 곡선의 기울기가 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 다른 형태의 I-V 곡선은 금속에 종류에 따라 제1 반도체 층과 제2 반도체 층 사이의 전기적 접촉 특성에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, it was confirmed that the I-V curves of the photoelectrodes prepared in Examples 1 and 2 exhibit different shapes. The slope of the I-V curve was increased in Example 2, which was a super-thin layer including gold nanoparticles, and the slope of the I-V curve was maintained in Example 1 in which the platinum superfine layer was formed. It can be seen that these other types of I-V curves can affect the electrical contact characteristics between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer depending on the type of the metal.
상기 실시예 1은 제1 반도체 층과 제2 반도체 층에서 발생하는 전하 캐리어가 일정한 저항의 백금 초박층에서 재결합되는 것으로, 이에 따라, I-V 곡선의 기울기가 유지된다.The charge carrier generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is recombined in the platinum superfine layer having a constant resistance, and thus the slope of the I-V curve is maintained.
한편, 상기 실시예 2는 광 강도에 따라 I-V 곡선의 기울기가 변화하는 데, 이는 금 나노 입자를 포함하는 초박층의 표면 플라즈몬 공명 효과를 나타내는 것이다. 제1 반도체 층과 제2 반도체 층 사이에 형성된 금 나노 입자를 포함하는 초박층에서, 금 나노 입자 사이의 입자 간격으로 인해 근접장 플라즈몬 결합(near field plasmon coupling) 힘이 발생하고 국부적으로 강한 전자기장을 일으킬 수 있다. 또한, 동시에 광 여기된 전하 캐리어가 향상되어 제1 반도체 층과 제2 반도체 층 사이의 전기적 저항이 감소된다. 결과적으로, 광 강도가 증가되어 I-V 곡선의 기울기가 향상된다.
On the other hand, in Example 2, the slope of the IV curve changes according to the light intensity, which shows the surface plasmon resonance effect of the ultra thin layer including gold nanoparticles. In a super-thin layer comprising gold nanoparticles formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, near-field plasmon coupling occurs due to particle spacing between the gold nanoparticles and causes a strong electromagnetic field locally . At the same time, the photo-excited charge carriers are improved to reduce the electrical resistance between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. As a result, the light intensity is increased and the slope of the IV curve is improved.
나아가, 도 6에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 백금의 전기 전도도가 금보다 더 낮지만, 더 빠른 광전류 응답을 보여주는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 매우 제한적인 접촉 면적과 준-연속적인 금 나노 입자의 형상에 기인한다. 준-연속적인 금 나노 입자를 포함하는 초박층은 광활성 반도체 층과 적은 접촉 면적을 가짐에 따라, 좁고 적은 경로를 통해 높은 전하 이동 저항을 가지며, 높은 계면 과전압과 느린 전류 응답을 야기시킨다.
Further, as shown in Fig. 6, it can be seen that although the electric conductivity of platinum is generally lower than that of gold, it shows a faster photocurrent response. This phenomenon is due to the very limited contact area and the shape of semi-continuous gold nanoparticles. Ultra-thin layers containing quasi-continuous gold nanoparticles have a small contact area with the photoactive semiconductor layer, resulting in high charge transfer resistance through narrow and small paths, resulting in high interface overvoltages and slow current response.
이와 같이, 금 나노 입자를 포함하는 초박층이 형성된 광전극이 매우 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
As described above, it was confirmed that the photoelectrode having the ultra-thin layer containing gold nanoparticles exhibits very excellent characteristics.
100 : 광전극
10 : 후면 전극
20 : 제1 반도체층
30 : 금속 초박층
40 : 제2 반도체층100: photo electrode
10: Rear electrode
20: first semiconductor layer
30: super thin metal layer
40: second semiconductor layer
Claims (15)
금속 산화물인 제2 반도체 층; 및
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 위치하는 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극.
A first semiconductor layer comprising silicon;
A second semiconductor layer which is a metal oxide; And
And a metal ultra-thin layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
상기 금속 산화물은 텅스텐 산화물, 티탄 산화물, 갈륨 산화물, 인듐 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 마그네슘 산화물 및 나이오븀 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is one selected from the group consisting of tungsten oxide, titanium oxide, gallium oxide, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, magnesium oxide and niobium oxide.
상기 금속 초박층은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 오스뮴(Os) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극.
The method according to claim 1,
The metal superfine layer may be at least one selected from the group consisting of Au, Pt, Ag, Pd, Ru, Ir, Rh, Ti, Wherein the electrode comprises at least one metal selected from the group consisting of chromium (Cr), osmium (Os), and alloys thereof.
상기 금속 초박층은 박막 형태, 입자 형태, 와이어 형태 및 로드 형태로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극.
The method according to claim 1,
Wherein the metal superfine layer is at least one selected from the group consisting of a thin film, a particle, a wire, and a rod.
상기 금속 초박층의 두께는 1 nm 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the metal superfine layer is 1 nm to 10 nm.
상기 광전극은 금속을 포함하는 후면 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극.
The method according to claim 1,
Wherein the photoelectrode further comprises a back electrode comprising a metal. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 단계 1에서 준비된 제1 반도체 층 표면에 금속 초박층(metal ultra-thin layer)을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 형성된 금속 초박층 표면에 금속 산화물인 제2 반도체 층을 형성하는 단계(단계 3);를 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법.
Preparing a first semiconductor layer comprising silicon (step 1);
Forming a metal ultra-thin layer on the surface of the first semiconductor layer prepared in step 1 (step 2); And
And forming a second semiconductor layer, which is a metal oxide, on the surface of the metal superfine layer formed in step 2 (step 3).
상기 단계 2의 금속 초박층은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 및 오스뮴(Os)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The metal superfine layer in step 2 is a layer composed of gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh) and osmium Wherein the at least one metal is selected from the group consisting of tantalum, tantalum, tantalum, tantalum, and tantalum.
상기 단계 2의 금속 초박층은 박막 형태, 입자 형태, 와이어 형태 및 로드 형태로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the metal superfine layer in step 2 is at least one selected from the group consisting of a thin film, a particle, a wire, and a rod.
상기 단계 2에서 형성되는 금속 초박층의 두께는 0.1 nm 내지 25 nm인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the thickness of the metal superfine layer formed in step 2 is 0.1 nm to 25 nm.
상기 단계 3의 금속 산화물은 텅스텐 산화물, 티탄 산화물, 갈륨 산화물, 인듐 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 마그네슘 산화물 및 나이오븀 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the metal oxide in step 3 is one selected from the group consisting of tungsten oxide, titanium oxide, gallium oxide, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, magnesium oxide and niobium oxide. Gt;
기준전극;
상대전극; 및
전해질;을 포함하는 탠덤 구조의 광전기화학전지.
A first semiconductor layer comprising silicon; A second semiconductor layer which is a metal oxide; And a metal ultra-thin layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A reference electrode;
A counter electrode; And
A tandem-structured photo-electrochemical cell comprising an electrolyte.
상기 기준전극(reference electrode)은 수소전극(Pt/H2), 칼로멜전극(Hg/HgCl2), 은-염화은전극(Ag/AgCl), 수은-황산수은전극(Hg/HgSO4) 및 수은-산화수은전극(Hg/HgO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종의 수용액계 기준전극인 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지.
13. The method of claim 12,
The reference electrode (reference electrode) is a hydrogen electrode (Pt / H 2), calomel electrodes (Hg / HgCl 2), silver-silver chloride electrode (Ag / AgCl), mercury-sulphate mercury electrode (Hg / HgSO 4) and the mercury- (Hg / HgO). The tandem-structured photoelectrochemical cell according to claim 1, wherein the electrode is an aqueous solution reference electrode.
상기 상대전극(counter electrode)은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd) 및 탄탈륨(Ta)로 구성된 군으로부터 선택된 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지.
13. The method of claim 12,
Wherein the counter electrode comprises at least one metal selected from the group consisting of platinum (Pt), iridium (Ir), palladium (Pd), and tantalum (Ta) Photovoltaic cell.
상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 사이에 금속 초박층(metal ultra-thin layer);을 형성하는 것을 특징으로 하는 탠덤 구조의 광전기화학전지용 광전극의 효율을 향상시키는 방법.1. A method of improving the efficiency of a photoelectrochemical cell for tandem-structured photoelectrochemical cells comprising a first semiconductor layer comprising silicon and a second semiconductor layer which is a metal oxide,
Wherein a metal ultra-thin layer is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. 2. The method of claim 1, wherein the metal ultra-thin layer is formed between the first and second semiconductor layers.
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