KR20190052392A - Apparatus for Rapid Dye Adsorpting based on Inertial Impacting of Aerosol Droplets and Method for Fabricating of Dye Sensitized Solar Cells Using the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high-speed dye adsorption apparatus based on an inertial collision of aerosol droplets, which increases external and internal diffusion speeds of dye to shorten a dye adsorption processing time in manufacturing a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell manufacturing method using the same. According to the present invention, the high-speed dye adsorption apparatus comprises an aerosol droplet generation apparatus spraying a solution, in which dye molecules are dispersed, to generate a dye aerosol droplet, and an inertial collision apparatus colliding, when an aerosol flow including the dye droplets generated by the aerosol droplet generation apparatus and a sheath flow are mixed and supplied, the dye aerosol droplet having inertial force accelerated through a nozzle with a porous thin film for forming an electrode to increase external and internal diffusion speeds of the dye molecules to infiltrate into and be adsorbed onto the inside and outside of the porous thin film.

Description

에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법{Apparatus for Rapid Dye Adsorpting based on Inertial Impacting of Aerosol Droplets and Method for Fabricating of Dye Sensitized Solar Cells Using the Same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-speed dye adsorption apparatus based on an aerosol droplet inertial impact, and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same.

본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로 염료의 외부 및 내부 확산속도를 높여 염료흡착 공정 시간을 단축할 수 있도록 한 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a high-speed dye adsorption apparatus based on an aerosol droplet inertial collision capable of shortening a dye adsorption process time by increasing the speed of external and internal diffusion of a dye and a dye- And a method for producing the same.

산업적 측면에서 태양전지(Solar cell) 개발에 고려해야 할 가장 중요한 두 가지 요소는 광전변환효율(power conversion efficiency) 및 생산 단가(Manufacturing cost)로 가격 대비 성능 비(Price-to-performance ratio)가 높은 태양전지 구현을 위한 연구개발이 전 세계 대학, 연구소 및 기업 등에서 활발히 진행되고 있다.Two of the most important factors to consider in the development of solar cells from an industrial point of view are the power conversion efficiency and the manufacturing cost of solar cells with high price-to-performance ratio Research and development for the realization of batteries are being actively carried out in universities, research institutes and companies all over the world.

다양한 태양전지 종류 중에 염료감응형 태양전지(Dye sensitized solar cell, DSSC)는 현재 가장 많이 상업화되어 있는 실리콘 태양전지에 비해 광전변환효율은 상대적으로 낮지만, 비교적 낮은 생산단가로 가격 대비 성능 비가 높은 태양전지 구현이 가능하여 많은 관심을 받고 있다.Dye sensitized solar cell (DSSC) among the various types of solar cells has relatively low photoelectric conversion efficiency as compared with the silicon solar cell, which is currently the most commercialized. However, The battery can be implemented and has attracted much attention.

현재까지 DSSC의 광전변환효율 향상을 위한 학문적인 연구는 전 세계적으로 활발하게 진행되어 왔으나, DSSC의 생산성 향상 기술에 관한 실질적인 연구 및 개발은 현저하게 부족한 상황이다. Academic researches to improve the photoelectric conversion efficiency of DSSC have been actively carried out all over the world, but substantial research and development on DSSC productivity enhancement technology is insufficient.

이와 같은 DSSC의 종래 기술의 제작 공정을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing process of the conventional technology of the DSSC will be described as follows.

먼저, FTO Glass 투명전극 위에 다공성 TiO2 반도체 박막을 코팅하고, 형성된 TiO2 박막에 염료를 흡착시켜 광전극(photoelectrode)을 준비한다.First, a porous TiO 2 semiconductor thin film is coated on an FTO glass transparent electrode, and a photoelectrode is prepared by adsorbing a dye on the formed TiO 2 thin film.

또, Pt가 코팅된 상대전극(counter electrode)을 준비한 뒤, 광전극과 상대전극을 샌드위치 형태로 맞붙이고 그 사이에 액체 전해질을 채워 넣어 밀봉하여 완성한다.In addition, a counter electrode coated with Pt is prepared, and a photoelectrode and a counter electrode are sandwiched together, and a liquid electrolyte is filled therebetween and sealed.

이렇게 제작된 DSSC의 광전변환효율에 가장 큰 영향을 미치는 요소 중의 하나는 TiO2 박막 표면에 흡착된 염료(dye) 양으로 더 많은 염료를 효과적으로 다공성 TiO2 박막에 흡착시킬수록 동일한 태양광 입사시 DSSC 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.One of the factors affecting the photoelectric conversion efficiency of the prepared DSSC is the amount of dye adsorbed on the surface of the TiO 2 thin film. As more dyes are effectively adsorbed on the porous TiO 2 thin film, the DSSC The photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be increased.

따라서, DSSC 태양전지 제조 과정들 중에서 특히 염료흡착 공정은 매우 중요하다고 할 수 있다.Therefore, the dye adsorption process is especially important in the DSSC solar cell manufacturing process.

일반적으로 TiO2 반도체 박막 광전극 위에 염료층을 코팅하기 위해서는 염료를 분산시킨 알코올 용액 등에 광전극을 침지(Dip coating)시켜 염료 분자를 TiO2 박막에 서서히 흡착시키는 공정이 적용되는데, 이때 염료흡착 과정은 크게 다음의 3단계를 거치게 된다.In general, in order to coat a dye layer on a TiO 2 semiconductor thin film photoelectrode, a process of slowly adsorbing a dye molecule on a TiO 2 thin film by applying a light electrode to an alcohol solution in which a dye is dispersed is applied, The following three steps are performed.

먼저, 광전극 외부에 염료분자가 외부 확산(External diffusion)에 의한 질량 전달 과정(Mass transfer process)을 통해 TiO2 표면에 흡착된다.First, the dye molecules are adsorbed to the surface of TiO 2 through a mass transfer process by external diffusion.

다음으로, TiO2 표면에 흡착된 염료가 TiO2 입자 기공 내로 내부확산(Internal diffusion)을 통해 침투해 들어간다.Next, the dye adsorbed on the TiO 2 surface penetrates into the TiO 2 particle pores through internal diffusion.

마지막으로, TiO2의 하이드록시기(-OH)와 염료의 카르복실기(-COOH)와의 에스터 결합(Ester, COOR) 형성으로 염료 분자가 TiO2 박막에 강하게 흡착되게 된다. Finally, the dye molecules are strongly adsorbed to the TiO 2 thin film by the formation of an ester (COOR) between the hydroxyl group (-OH) of the TiO 2 and the carboxyl group (-COOH) of the dye.

그러나 일반적인 침지법 기반 TiO2 광전극 표면에 염료흡착을 하는 공정은 비교적 긴 시간이 소요된다는 단점이 있는데, 일반적으로 TiO2 박막 표면에 최적의 염료흡착을 위해서는 약 24-30 시간이 소요되는 것으로 알려져 있다.However, it is known that the process of adsorbing dye on the surface of TiO 2 photoelectrode based on general dipping method takes a relatively long time. In general, it takes about 24-30 hours for optimal dye adsorption on the TiO 2 thin film surface have.

이는 DSSC의 생산성을 크게 저하 시키는 것으로, 이를 극복하기 위한 다양한 방법들이 전 세계적으로 시도되어 왔다.This greatly degrades the productivity of the DSSC, and various methods have been tried worldwide to overcome this.

크게 두 가지 방향의 접근법이 시도되었는데, 첫 번째는 염료 확산 속도를 높이는 방법으로 높은 염료 농도 및 고온의 염료용액을 사용하는 방법, 환류 펌핑법, 압축 CO2 가스 공급법 등이 시도되었다.The first approach is to increase the dye diffusion rate by using high dye concentration, high temperature dye solution, reflux pumping method, compressed CO 2 gas supply method and so on.

두 번째는 TiO2 표면 처리를 통해 염료 흡착속도 높이는 방법으로 전기장, 초음파, 산(Acid), 산소 플라즈마(Plasma) 처리 등을 통해 TiO2 표면을 개질 시켜 화학적으로 염료의 흡착이 잘 일어나도록 해주는 방법이다.The second method is to modify the TiO 2 surface through electric field, ultrasonic, acid, and oxygen plasma treatment by increasing the dye adsorption rate through the surface treatment of TiO 2 , thereby chemically adsorbing the dye well to be.

그러나 이와 같은 종래 기술의 DSSC의 생산성 저하 문제를 해결하기 위한 기술들은 공정이 매우 복잡해지고, 생산 비용이 매우 증가 등의 생산 시스템 확장성 확보가 매우 어렵다는 문제가 있다.However, the techniques for solving the problem of the productivity degradation of the conventional DSSC have a problem that the process becomes very complicated and it is very difficult to secure the scalability of the production system, such as an increase in the production cost.

따라서, 이와 같은 문제를 해결하고 효과적으로 DSSC의 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop a new technology that can solve such problems and improve the productivity of the DSSC effectively.

대한민국 등록특허 제10-1515820호Korean Patent No. 10-1515820 대한민국 등록특허 제10-1187226호Korean Patent No. 10-1187226 대한민국 공개특허 제10-2013-0046989호Korean Patent Publication No. 10-2013-0046989

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 염료감응형 태양전지 제조시의 문제를 해결하기 위한 것으로, 염료의 외부 및 내부 확산속도를 높여 염료흡착 공정 시간을 단축할 수 있도록 한 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art in the manufacture of dye-sensitized solar cells, and it is an object of the present invention to provide a dye- And a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same.

본 발명은 염료 에어로졸 액적을 발생시키고 이들을 기체 상에서 고속으로 가속시킨 후 관성충돌현상을 이용하여 산화 반도체 박막 표면에 흡착시켜 염료 흡착 공정의 생산성을 높일 수 있도록 한 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to an aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorbing apparatus and a method of producing the same, which are capable of generating dye aerosol droplets and accelerating them at a high speed in a gas phase and then adsorbing the droplets on the surface of the oxide semiconductor thin film using an inertial collision phenomenon, And a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same.

본 발명은 염료분자가 분산되어 있는 알코올 용액을 고압 혹은 초음파 분무하여 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키고, 고속 관성충돌 시스템을 적용하여 특정노즐(nozzle)을 통해 가속된 높은 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 TiO2박막에 인위적으로 강하게 충돌시켜 흡착 속도를 높이는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method for producing an aerosol droplet by spraying an alcohol solution containing a dye molecule with high pressure or ultrasonic waves and applying a high speed inertial impact system to a dye aerosol droplet accelerated through a specific nozzle, The present invention is directed to a high-speed dye adsorption apparatus based on an aerosol droplet inertial collision and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same, wherein the adsorption rate is enhanced by intensively colliding with the TiO 2 thin film.

본 발명은 에어로졸 입자가 유체 유동 내에서 입자의 질량에 따른 모멘텀(momentum) 차이를 이용하여 특정 크기의 입자를 분리해내는 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술을 이용하여 염료 흡착 공정 시간을 대폭 단축할 수 있도록 한 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to an aerosol droplet high-speed inertial collision technique in which aerosol particles separate particles of a specific size by utilizing a momentum difference according to the mass of the particles in a fluid flow, thereby greatly shortening a dye adsorption process time And an object of the present invention is to provide a high-speed dye adsorption apparatus based on an aerosol droplet inertial impact and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same.

본 발명은 단일 노즐의 설계치를 기반으로 다중 노즐을 설계 및 제작하여 염료 액적 발생용 다중 노즐 시스템을 구축하여 한 번에 다량의 전극에 염료 코팅이 가능하도록 하여 태양전지의 생산성을 더욱 증대시킬 수 있도록 한 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention can design and manufacture multiple nozzles based on the design values of a single nozzle to construct a multi-nozzle system for generating dye droplets to enable dye coating on a large number of electrodes at one time, thereby further increasing the productivity of the solar cell And an object of the present invention is to provide a high-speed dye adsorption apparatus based on an aerosol droplet inertial impact and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same.

본 발명은 광전극 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 충돌장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 염료 회수용 트랩을 외부에 설치하여 염료 손실을 최소화하면서 연속적으로 고속 염료 흡착 공정을 제어할 수 있도록 한 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a dye recovery trap for recovering dye aerosol droplets that escape from the collision device together with the transport gas without colliding with the photoelectrode thin film, thereby controlling the high-speed dye adsorption process continuously while minimizing dye loss And a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치는 염료 분자가 분산되어 있는 용액을 분무하여 염료 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키는 에어로졸 액적 발생 장치;상기 에어로졸 액적 발생 장치에서 생성된 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되어 공급되면, 노즐(nozzle)을 통해 가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌시켜 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자를 다공성 박막 내부 및 외부로 침투시켜 흡착시키 관성 충돌 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an aerosol droplet generating apparatus, comprising: an aerosol droplet generating device for generating a dye aerosol droplet by spraying a solution in which dye molecules are dispersed; The aerosol flow containing the dye droplet generated in the nozzle and the sheath flow are mixed and supplied, the dye aerosol droplet having the inertia force accelerated through the nozzle collides with the porous thin film for electrode formation Thereby increasing the external and internal diffusion speed of the dye molecules, thereby allowing the dye molecules to penetrate into and into the porous thin film to adsorb the dye molecules.

여기서, 상기 관성 충돌 장치는, 가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 다공성 박막에 충돌시키는 노즐이 복수 개 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the inertial collision apparatus is characterized in that a plurality of nozzles for colliding a dye aerosol droplet having accelerated inertia force with the porous thin film are formed.

그리고 복수 개의 각각의 노즐은, 대응하는 각각의 염료감응형 태양전지 셀들의 전극들을 형성하기 위한 다공성 박막에 동시에 염료 에어로졸 액적을 충돌시키는 것을 특징으로 한다.And each of the plurality of nozzles simultaneously impinges the dye aerosol droplet on the porous thin film for forming the electrodes of each of the corresponding dye-sensitized solar cell cells.

그리고 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 관성 충돌 장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 염료 회수용 트랩을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.And a dye recovery trap for recovering dye aerosol droplets that escape from the inertial impact device together with the transport gas without colliding with the porous thin film for electrode formation.

그리고 염료 회수용 트랩에 의해 염료 에어로졸 액적(droplet)은 염료 회수용 트랩 내부의 용액에 흡수되고, 이송가스는 외부로 빠져 나가고, 염료 회수용 트랩에 의해 회수된 염료 에어로졸 액적(droplet)은 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 것을 특징으로 한다.The dye recovery droplets are then absorbed by the solution in the dye recovery trap, the transfer gas escapes to the outside, and the dye aerosol droplets recovered by the dye recovery trap are removed by an aerosol droplet And then supplied again to the generator.

그리고 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 염료 에어로졸 액적(droplet)에 의해 염료용액의 농도가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.And the concentration of the dye solution is maintained constant by the dye aerosol droplet re-supplied to the aerosol droplet generating device.

그리고 상기 관성 충돌 장치를, 스톡스 수(Stokes number, Stk), 레이놀즈 수(Reynolds number, Re), S/W 비 (S: 노즐 끝 단에서 충돌판 바닥까지의 거리, W: 노즐 폭), T/W 비 (T: 노즐 길이)를 고려하여 설계하는 것을 특징으로 한다.And wherein the inertia collision device, the Stokes number (Stokes number, Stk), the Reynolds number (Reynolds number, Re), S / W ratio (S: distance, W at the nozzle tip end to the impingement plate bottom: a nozzle width), T / W ratio ( T : nozzle length).

그리고 스톡스 수(Stk)는 에어로졸 입자를 충돌 포집할 수 있는지 아니면 충돌없이 가스 유동을 따라 흐르게 할 수 있는지를 구분하는 무차원 변수로 입자의 정지 거리와 노즐목의 반경 비로서 정의되고,The Stokes number ( Stk ) is a dimensionless parameter that defines whether the aerosol particles can collide with each other or whether they can flow along the gas flow without collision. It is defined as the particle stop distance and the radius ratio of the nozzle neck,

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
: 입자 밀도, C: Cunningham 보정계수, Vo: 노즐 목에서의 유체의 평균속도, Dp: 입자직경, μ: 유체 점도인 것을 특징으로 한다.here,
Figure pat00002
: Particle density, C : Cunningham correction coefficient, Vo : mean velocity of the fluid at the nozzle neck, Dp : particle diameter, and μ: fluid viscosity.

그리고 레이놀즈 수(Re)는 유체 흐름이 층류인지 혹은 난류인지를 결정하는 무차원수로,

Figure pat00003
으로 정의되고, The Reynolds number ( Re ) is a non-dimensional number that determines whether the fluid flow is laminar or turbulent,
Figure pat00003
Lt; / RTI >

여기서, W: 노즐 폭, μ: 유체 점도, Vo: 노즐 목에서의 유체의 평균속도, ρ: 정상상태에서의 공기 밀도인 것을 특징으로 한다.Where W is the nozzle width, μ is the fluid viscosity, Vo is the average velocity of the fluid in the nozzle neck, and p is the air density in the steady state.

그리고 관성 충돌 장치의 노즐 폭(W)은,The nozzle width W of the inertial impact device is,

Figure pat00004
으로 정의되고,
Figure pat00004
Lt; / RTI >

여기서, W: 노즐 폭, ρp: 입자 밀도, ρ: 정상상태에서의 공기 밀도, C: Cunningham 보정계수, D50: 50% 포집효율에서의 입자직경, Stk50: 50% 포집효율에서의 스톡스 수인 것을 특징으로 한다. C : Cunningham correction factor, D 50: particle diameter at 50% collection efficiency, Stk 50: Stokes number at 50% collection efficiency, W : nozzle width, p : particle density, .

그리고 관성 충돌 장치의 안정성을 고려하여 S/W 비와 T/W 비를, 원형 노즐의 경우 S/W = 1 이상, T/W = 1 ~ 5의 비율로 설계하는 것을 특징으로 한다.The S / W ratio and the T / W ratio are designed in the ratio of S / W = 1 or more and T / W = 1 to 5 in the case of the circular nozzle, considering the stability of the inertial impact device.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 에어로졸 액적 발생 장치에서 염료 분자가 분산되어 있는 용액을 분무하여 염료 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키는 단계;상기 생성된 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되어 관성 충돌 장치로 공급되도록 하는 단계;관성 충돌 장치의 노즐(nozzle)을 통해 가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌시켜 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자를 다공성 박막 내부 및 외부로 침투시켜 흡착시키 관성 충돌 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus, comprising the steps of: spraying a solution containing dye molecules dispersed in an aerosol droplet generating apparatus to form a dye droplet Generating an aerosol flow and a sheath flow containing the resulting dye droplet to be supplied to the inertial collision apparatus, and accelerating the nozzle through the nozzle of the inertial collision apparatus, And colliding with the porous thin film for forming an electrode to increase the outer and inner diffusion velocity of the dye molecules so that the dye molecules penetrate into and into the porous thin film to adsorb the dye molecules. do.

여기서, 상기 관성 충돌 단계에서, 관성 충돌 장치에 구비되는 복수 개의 각각의 노즐을 통하여 대응하는 각각의 염료감응형 태양전지 셀들의 전극들을 형성하기 위한 다공성 박막에 동시에 염료 에어로졸 액적을 충돌시키는 것을 특징으로 한다.Here, in the inertial impact step, the dye aerosol droplet is simultaneously collided with the porous thin film for forming the electrodes of the corresponding dye-sensitized solar cell cells through a plurality of respective nozzles provided in the inertial impact device do.

그리고 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 관성 충돌 장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And recovering a dye aerosol droplet that exits the inertial impact device with the transport gas without impacting the porous thin film for electrode formation.

그리고 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 단계에서, 회수된 염료 에어로졸 액적(droplet)은 염료 회수용 트랩 내부의 용액에 흡수되고, 이송가스는 외부로 빠져 나가고, 염료 회수용 트랩에 의해 회수된 염료 에어로졸 액적(droplet)은 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 것을 특징으로 한다.In the step of recovering the dye aerosol droplets, the recovered dye aerosol droplets are absorbed by the solution in the dye recovery trap, the transfer gas escapes to the outside, and the dye recovered by the dye recovery trap The aerosol droplets are re-supplied to the aerosol droplet generator.

그리고 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 염료 에어로졸 액적(droplet)에 의해 염료용액의 농도가 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.And the concentration of the dye solution is kept constant by the dye aerosol droplet re-supplied to the aerosol droplet generating device.

이와 같은 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorbing apparatus and the method for fabricating the dye-sensitized solar cell using the same according to the present invention have the following effects.

첫째, 염료감응형 태양전지의 제조 공정 시에 염료의 외부 및 내부 확산속도를 높여 염료흡착 공정 시간을 단축할 수 있도록 한다.First, during the manufacturing process of the dye-sensitized solar cell, the external and internal diffusion speed of the dye is increased to shorten the dye adsorption process time.

둘째, 염료 에어로졸 액적을 발생시키고 이들을 기체 상에서 고속으로 가속시킨 후 관성충돌현상을 이용하여 산화 반도체 박막 표면에 흡착시켜 염료 흡착 공정의 생산성을 높일 수 있다.Second, dye aerosol droplets are generated and accelerated at a high speed in the gas phase, and then adsorbed on the surface of the oxide semiconductor thin film by using an inertial collision phenomenon to increase the productivity of the dye adsorption process.

셋째, 에어로졸 입자가 유체 유동 내에서 입자의 질량에 따른 모멘텀(momentum) 차이를 이용하여 특정 크기의 입자를 분리해내는 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술을 이용하여 염료 흡착 공정 시간을 대폭 단축할 수 있다.Third, the aerosol droplet high speed inertial collision technique that separates particles of a certain size using the momentum difference according to the mass of the particles in the fluid flow can greatly reduce the dye adsorption process time.

넷째, 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술을 이용하여 염료감응형 태양전지의 제조 공정 시에 염료의 외부 및 내부 확산속도를 높여 DSSC 제작 공정 시간의 획기적인 단축과 동시에 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.Fourth, by using the aerosol droplet high-speed inertial collision technique, the speed of external and internal diffusion of the dye can be increased during the manufacturing process of the dye-sensitized solar cell, thereby dramatically shortening the DSSC manufacturing process time and improving the photoelectric conversion efficiency.

다섯째, 단일 노즐의 설계치를 기반으로 다중 노즐을 설계 및 제작하여 염료 액적 발생용 다중 노즐 시스템을 구축하여 한 번에 다량의 전극에 염료 코팅을 하여 태양전지의 생산성을 더욱 증대시킬 수 있다.Fifth, it is possible to design and manufacture multiple nozzles based on the design values of a single nozzle to construct a multi-nozzle system for generating dye droplets, and to increase the productivity of the solar cell by dye coating a large number of electrodes at a time.

여섯째, 광전극 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 충돌장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 염료 회수용 트랩을 외부에 설치하여 염료 손실을 최소화하면서 연속적으로 고속 염료 흡착 공정을 제어할 수 있다.Sixth, dye recovery traps for recovering dye aerosol droplets that escape from the collision device with the transport gas without colliding with the photoelectrode thin film are installed on the outside to continuously control the high speed dye adsorption process while minimizing dye loss. .

도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 공정의 특성을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치의 구성도
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 공정의 세부 과정을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 의해 제작된 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치의 일 예를 나타낸 구성 사진
도 5는 본 발명에 의해 제조된 DSSC 태양 전지의 특성 그래프
도 6은 본 발명에 의해 제조된 DSSC 태양 전지의 광전변환효율 변화를 비교한 특성 그래프
도 7은 본 발명에 따른 염료 액적 발생용 다중 노즐 시스템의 구성도
도 8은 본 발명에 따른 염료 회수용 트랩의 구성도
도 9는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트1 is a schematic diagram illustrating the characteristics of an aerosol droplet inertial impact based fast dye adsorption process in accordance with the present invention;
2 is a schematic diagram of an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus according to the present invention
FIGS. 3A and 3B are schematic views illustrating a detailed process of an aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorption process according to the present invention.
4 is a photograph showing an example of an aerosol droplet inertial impact-based high-speed dye adsorption apparatus manufactured by the present invention
5 is a graph showing the characteristics of the DSSC solar cell manufactured by the present invention
6 is a graph showing a comparison of photoelectric conversion efficiency changes of the DSSC solar cell manufactured by the present invention
Fig. 7 is a schematic diagram of a multiple nozzle system for generating a dye droplet according to the present invention
Fig. 8 is a schematic view of a dye recovery trap according to the present invention
9 is a flowchart showing a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus according to the present invention

이하, 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorbing apparatus and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.

도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 공정의 특성을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram illustrating the characteristics of an aerosol droplet inertial impact based fast dye adsorption process in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치의 구성도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 공정의 세부 과정을 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram of an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus according to the present invention, and FIGS. 3A and 3B are detailed diagrams illustrating a detailed process of an aerosol droplet inertial collision-based fast dye adsorption process according to the present invention.

본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 염료분자가 분산되어 있는 알코올 용액을 고압 혹은 초음파 분무하여 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키고, 고속 관성충돌 시스템을 적용하여 특정노즐(nozzle)을 통해 가속된 높은 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 TiO2박막에 인위적으로 강하게 충돌시켜 흡착 속도를 높이는 것이다.The aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorbing apparatus and the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same according to the present invention generate aerosol droplets by high-pressure or ultrasonic atomization of an alcohol solution in which dye molecules are dispersed, By applying the collision system, the dye aerosol droplet accelerated through a specific nozzle is strongly impacted on the TiO 2 thin film to increase the adsorption rate.

이와 같은 본 발명은 에어로졸 액적 가속 및 고속 충돌 기술을 이용하여 염료 흡착 공정 기술을 새롭게 구현한 것이다.The present invention is a new embodiment of dye adsorption process technology using aerosol droplet acceleration and high speed collision technology.

에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술은 입자 생성 및 포집 기술 중의 하나로 에어로졸 입자가 유체 유동 내에서의 입자의 질량에 따른 모멘텀(momentum) 차이를 이용하여 특정 크기의 입자를 분리해내는 기술이다.Aerosol Droplet One of the particle generation and trapping techniques, the high-speed inertial collision technique is a technique of separating particles of a certain size by utilizing the momentum difference of the aerosol particles depending on the mass of the particles in the fluid flow.

이를 염료감응형 태양전지의 염료흡착 공정에 적용할 경우, 염료의 외부 및 내부 확산속도를 높여 DSSC 태양전지 제작 공정들 중에서 염료흡착 공정 시간을 획기적으로 단축하여 생산성을 극대화 할 수 있다. When the dye-sensitized solar cell is applied to the dye-adsorbing process of the dye-sensitized solar cell, it is possible to maximize the productivity by dramatically shortening the dye adsorption process time in the DSSC solar cell manufacturing processes by increasing the external and internal diffusion speed of the dye.

본 발명에 따른 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술을 이용한 염료감응형 태양전지의 염료흡착 공정은 다음과 같은 구성을 포함한다.The dye adsorption process of the dye-sensitized solar cell using the aerosol droplet high-speed inertial collision technique according to the present invention includes the following configuration.

먼저, 염료 분자가 분산되어 있는 알코올 용액을 고압 혹은 초음파 분무하여 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키고, 고속 관성 충돌 시스템을 적용하여 특정 노즐(nozzle)을 통해 가속된 높은 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 TiO2 박막에 인위적으로 강하게 충돌시킨다.First, an aerosol droplet is generated by spraying an alcohol solution in which a dye molecule is dispersed at a high pressure or an ultrasonic wave, and a dye aerosol droplet having a high inertia force accelerated through a specific nozzle by applying a high- 2 strongly artificially hit the film.

이를 통해 염료 분자가 다공성 TiO2 박막 내부 및 외부로 빠르게 침투(즉, 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 줌)하게 함으로써 높은 염료 흡착 속도를 얻을 수 있다.This allows dye molecules to penetrate rapidly into and out of the porous TiO 2 thin film (ie, increase the external and internal diffusion rates of the dye molecules), resulting in high dye adsorption rates.

이러한 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 시스템을 이용한 DSSC 태양전지의 염료흡착 공정은 쉽게 연속적인 대량 생산 공정에도 적용 가능하여 염료감응형 태양전지의 산업화에 크게 기여할 수 있다는 장점이 있다. The dye adsorption process of the DSSC solar cell using the aerosol droplet high-speed inertial collision system can be easily applied to a continuous mass production process, thereby contributing to the industrialization of the dye-sensitized solar cell.

본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치는 도 2에서와 같이, 에어 필터(21), 유동 제어기(Mass flow controller)(22)(23), 에어로졸 액적 발생 장치(Atomizer)(24), 관성 충돌 장치(Single Stage Impactor)(25), 건조 장치(Silica gel Dryer)(26), 펌프(Pump)(27)를 포함한다.2, the aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorption apparatus according to the present invention includes an air filter 21, a mass flow controller 22 (23), an aerosol droplet generating apparatus (Atomizer) 24, A single stage impactor 25, a drying device 26, and a pump 27. The single stage impeller 25 is a single stage impeller.

에어로졸 액적 발생 장치(Atomizer)(24)는 염료 분자가 분산되어 있는 알코올 용액을 고압 혹은 초음파 분무하여 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키는 것이다.An aerosol droplet generator (24) generates aerosol droplets by high-pressure or ultrasonic atomization of an alcohol solution in which dye molecules are dispersed.

도 3a는 염료가 분산된 에탄올 용액의 제조 및 염료-에탄올 에어로졸 액적 발생 과정을 나타낸 것이다.FIG. 3A shows the preparation of a dye-dispersed ethanol solution and the production of dye-ethanol aerosol droplets.

그리고 관성 충돌 장치(Single Stage Impactor)(25)는 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되어 공급되면, 특정 노즐(nozzle)을 통해 가속된 높은 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 TiO2 박막에 인위적으로 강하게 충돌시켜 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자가 다공성 TiO2 박막 내부 및 외부로 빠르게 침투되도록 하여 흡착시키는 것이다.The Single Stage Impactor 25 has a high inertial force that is accelerated through a specific nozzle when a mixture of an aerosol flow including a dye liquid droplet and a sheath flow is supplied The dye aerosol droplet is strongly and intensively collided with the TiO 2 thin film to increase the external and internal diffusion rate of the dye molecules so that the dye molecules are rapidly penetrated into and out of the porous TiO 2 thin film and adsorbed.

도 3b는 에어로졸 액적 염료 고속 관성 충돌 현상을 이용한 TiO2 광전극 박막 염료 흡착 과정을 나타낸 것이다.FIG. 3B shows a TiO 2 photoelectrode thin film dye adsorption process using an aerosol droplet dye high-speed inertial collision phenomenon.

이와 같은 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술을 DSSC 태양전지의 염료흡착 공정에 적용하기 위해서는 적절한 에어로졸 액적 관성 충돌 장치 시스템 설계가 요구된다. In order to apply the aerosol droplet high-speed inertial collision technique to the dye adsorption process of the DSSC solar cell, proper aerosol droplet inertial collision device system design is required.

에어로졸 액적 관성 충돌 장치의 설계 시 일반적으로 고려해야 할 주요 변수로써는 스톡스 수(Stokes number, Stk), 레이놀즈 수(Reynolds number, Re), S/W 비 (S: 노즐 끝 단에서 충돌판 바닥까지의 거리, W: 노즐 폭), T/W 비 (T: 노즐 길이) 등이 있다. The Stokes number, Stk , Reynolds number, Re , S / W ratio ( S : distance from the nozzle tip to the bottom of the impingement plate) are the main parameters to be considered in designing the aerosol droplet inertial impact device. , W : nozzle width), and T / W ratio ( T : nozzle length).

스톡스 수(Stk)는 에어로졸 입자를 충돌 포집할 수 있는지 아니면 충돌없이 가스 유동을 따라 흐르게 할 수 있는지를 구분하는 무차원 변수로 입자의 정지 거리와 노즐목의 반경 비로서 정의되고 구체적인 수식으로 표현하면 다음과 같다. Stokes number ( Stk ) is a non-dimensional parameter that distinguishes whether aerosol particles can collide with or can flow along a gas flow without collision. It is defined as the ratio of the particle stopping distance and the radius of the nozzle neck. As follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서,

Figure pat00006
: 입자 밀도, C: Cunningham 보정계수, Vo: 노즐 목에서의 유체의 평균속도, Dp: 입자직경, μ: 유체 점도이다. here,
Figure pat00006
: Particle density, C : Cunningham correction coefficient, Vo : average velocity of the fluid at the nozzle neck, Dp : particle diameter, and μ: fluid viscosity.

레이놀즈 수(Re)는 유체 흐름이 층류인지 혹은 난류인지를 결정하는 무차원수로 다음의 구체적인 식으로 정의된다. The Reynolds number ( Re ) is a non-dimensional number that determines whether the fluid flow is laminar or turbulent and is defined by the following concrete expression.

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 스톡스 수(Stk)와 레이놀즈 수(Re)에 관한 수학식 1,2에서 에어로졸 액적 관성 충돌 장치 내부 유속인

Figure pat00008
(
Figure pat00009
:체적 유량)을 대입하면, 수학식 3과 같은 변형된 식을 얻을 수 있다.In Equations (1) and (2) relating to the Stokes number ( Stk ) and the Reynolds number ( Re ), the flow velocity inside the aerosol droplet inertial impact device
Figure pat00008
(
Figure pat00009
: Volumetric flow rate), it is possible to obtain a modified equation as shown in equation (3).

Figure pat00010
Figure pat00010

위 두 식에서 공통인

Figure pat00011
를 소거하면, 최종적으로 에어로졸 액적 관성 충돌 장치용 노즐의 폭(W)을 최종적으로 다음과 같이 구할 수 있다. In the above two equations,
Figure pat00011
The width W of the nozzle for the aerosol droplet inertial collision device can be finally determined as follows.

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, W: 노즐 폭,

Figure pat00013
: 입자 밀도, ρ: 정상상태에서의 공기 밀도, C: Cunningham 보정계수, D50: 50% 포집효율에서의 입자직경, Stk50: 50% 포집효율에서의 스톡스 수이다. Here, W : nozzle width,
Figure pat00013
C : Cunningham correction factor, D 50: particle diameter at 50% collection efficiency, Stk 50: number of Stokes at 50% collection efficiency.

에어로졸 액적 관성 충돌 장치 설계 시 입자 크기(Dp)는 무차원의 입자 직경으로,

Figure pat00014
를 단위로 하여 표현되며,
Figure pat00015
은 포집효율 50%에서의 입자의 컷오프(cutoff) 사이즈를 의미한다.When designing an aerosol droplet inertial impact device, the particle size ( Dp ) is a dimensionless particle diameter,
Figure pat00014
, ≪ / RTI >
Figure pat00015
Quot; means the cutoff size of the particles at a collection efficiency of 50%.

이는 에어로졸 액적 관성 충돌 장치의 설계에 사용되는 매우 중요한 변수로, 일반적으로 둥근 노즐 형태의 관성 충돌 장치의 설계시

Figure pat00016
은 0.4-0.6의 값을 가지며, 본 발명에서는
Figure pat00017
를 사용한다.This is a very important parameter used in the design of an aerosol droplet inertial impact device. In general, when designing an inertial impact device in the form of a round nozzle
Figure pat00016
Has a value of 0.4-0.6, and in the present invention,
Figure pat00017
Lt; / RTI >

또한, 에어로졸 관성 충돌 장치의 안정적인 성능을 위해서 Re 는 500- 수천 영역에서의 설계가 권장되며, 본 발명에서는 Re = 3500 (laminar flow, 층류)을 선택하여 에어로졸 액적 관성 충돌 장치를 설계한다.Also, for the stable performance of the aerosol inertial impact device, Re Design is recommended in the 500- thousands region, and Re = 3500 (laminar flow, laminar flow) to design an aerosol droplet inertial impact device.

컷오프 사이즈

Figure pat00018
로 설정하였고, 이는 직경 10㎛이상의 염료-에탄올 기반 에어로졸 액적이 TiO2 박막에 충돌하여 흡착됨을 의미한다.Cutoff size
Figure pat00018
, Which means that a dye-ethanol based aerosol droplet of 10 μm or more in diameter collides with the TiO 2 thin film and adsorbs it.

공기 밀도인

Figure pat00019
와 에탄올 기반 액적 밀도인
Figure pat00020
값을 적용한 결과 최종적으로 에어로졸 액적 관성 충돌 장치의 노즐 폭은
Figure pat00021
로 설계한다.Air density
Figure pat00019
And ethanol-based droplet density
Figure pat00020
As a result of applying the value, the nozzle width of the aerosol droplet inertial impact device is
Figure pat00021
.

마지막으로, 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치의 안정성에 큰 영향을 주는 두 개의 설계변수로 S/W 비와 T/W 비를 결정하였다.(여기서 S: 노즐 끝 단에서 충돌판 바닥까지의 거리, W: 노즐 폭, T: 노즐 길이). Finally, the S / W ratio and the T / W ratio were determined with two design variables that greatly affect the stability of the aerosol droplet high-speed inertial impact device (where S : distance from the nozzle tip to the bottom of the impingement plate, W : Nozzle width, T : nozzle length).

일반적으로 원형 노즐의 경우 S/W = 1 이상, T/W = 1 ~ 5 의 비율이 사용이 권장되며, 본 발명에서는 S/W = 1, T/W = 5 가 사용되었다.Generally, it is recommended to use a ratio of S / W = 1 or more and T / W = 1 to 5 for a circular nozzle, and S / W = 1 and T / W = 5 are used in the present invention.

최종적으로 다양한 매개 변수의 특정 값들을 계산한 결과, 노즐의 너비 W = 1 cm 로, 노즐에서 충돌판까지 거리 S = 1 cm 로 결정되었고, 노즐 목 길이 T = 5 cm 를 적용하고, 유량 Q = 25 lpm 에서 직경 Dp = 10 μm 이상의 염료-에탄올 용액 기반 에어로졸 액적이 충돌판 상에 설치된 TiO2 박막에 고속 관성 충돌하여 염료가 최종적으로 흡착되도록 설계하는 것이 바람직하다.Finally, the width W = 1 cm of the result, the nozzle calculate the specific value of various parameters, it was determined by the distance S = 1 cm from the nozzle to the collision plate, and throat length applied to T = 5 cm, the flow rate Q = It is desirable to design the dye-ethanol-based aerosol droplets with a diameter Dp = 10 μm or more at 25 lpm to be ultimately adsorbed by high-speed inertial collision with the TiO 2 thin film on the impingement plate.

본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus according to the present invention includes the following constitution.

도 9는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.9 is a flowchart showing a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus according to the present invention.

먼저, 염료 분자가 분산되어 있는 알코올 용액을 고압 혹은 초음파 분무하여 에어로졸 액적(droplet)을 발생시킨다.(S901)First, an alcohol solution in which dye molecules are dispersed is sprayed at high pressure or ultrasonic to generate aerosol droplets (S901).

이어, 생성된 미세 염료 에어로졸 액적을 이송가스를 통해 고속 관성 충돌 장치 내로 흘려주며 에어로졸 유동(Aerosol flow)을 생성시킨다.(S902)Then, the produced fine dye aerosol droplets are flowed through the transfer gas into the high-speed inertial impact device to generate an aerosol flow (S902).

그리고 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 내로 이송되는 유체 유동이 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되도록 하여 고속 관성 충돌 장치에 공급한다.(S903)And the aerosol droplet is supplied to the high-speed inertial collision apparatus by causing the aerosol flow including the dye droplet and the sheath flow to be mixed together (S903).

이어, 특정 노즐(nozzle)을 통해 가속된 높은 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 TiO2 박막에 인위적으로 강하게 충돌시킨다.(S904)Then, a dye aerosol droplet having a high inertial force accelerated through a specific nozzle is intensively and intensively collided with the TiO 2 thin film (S 904).

그리고 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자가 다공성 TiO2 박막 내부 및 외부로 빠르게 침투되도록 하여 흡착시킨다.(S905)And the dye molecules are rapidly adsorbed to the inside and outside of the porous TiO 2 thin film by increasing the external and internal diffusion speed of the dye molecules (S 905).

이와 같은 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치를 이용한 염료 흡착 공정의 자세한 작동 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The detailed operation principle of the dye adsorption process using the aerosol droplet high-speed inertial impact device will be described in detail as follows.

이하의 각 공정 단계에서의 공정 조건은 일 예를 기준으로 한 것으로 이로 제한되지 않는다.The process conditions at each of the following process steps are based on one example, but are not limited thereto.

먼저, 0.3 mM의 N719(유기 염료)를 분산시킨 에탄올 용액을 준비하고, 초음파 분무기를 통해 염료 용액의 미세 액적(Droplet)을 발생시킨다.First, an ethanol solution in which 0.3 mM of N719 (organic dye) is dispersed is prepared, and a droplet of the dye solution is generated through an ultrasonic atomizer.

이렇게 생성된 미세 염료 에어로졸 액적을 이송가스(공기: ~5-20 lpm)를 통해 고속 관성 충돌 장치 내로 흘려주며 에어로졸 유동(Aerosol flow)을 생성시킨다.The resulting fine dye aerosol droplets are flowed through a transfer gas (air: ~ 5-20 lpm) into a high-speed inertial impingement device to produce an aerosol flow.

에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 내로 이송되는 유체 유동은 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되도록 설계 되었으며, 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 내로 유입되는 총 유량은 25 lpm으로 고정하였다.Aerosol Droplet The fluid flow into the high-speed inertial impinging device is designed to mix the aerosol flow with the dye droplet and the sheath flow, and the total flow into the aerosol droplet high-speed inertial impact device is 25 lpm Respectively.

관성 충돌 장치 내로 흘러 들어가 가속된 유체 흐름 내부의 미세 염료 에어로졸 액적은 충돌판에 위치한 다공성 TiO2 박막에 충돌하며 확산 및 흡착되게 된다. The fine droplet aerosol droplets inside the accelerated fluid flow into the inertial collision device collide with the porous TiO 2 thin film located on the impingement plate and are diffused and adsorbed.

염료 에어로졸 액적이 TiO2 박막 표면에 충돌하고 함께 흐르던 이송가스는 장치 출구를 통해 빠져나가게 된다.The dye aerosol droplets impinge on the TiO 2 thin film surface, and the transport gas that flows together escapes through the device exit.

도 4는 본 발명에 의해 제작된 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치의 일 예를 나타낸 구성 사진이다.4 is a photograph showing an example of an aerosol droplet inertial impact-based fast dye adsorbing apparatus manufactured by the present invention.

본 발명의 일 실시 예에서는 최적의 유속 조건을 찾기 위해 액적 고속 관성 충돌 장치 내로 유입되는 총 유량을 25 lpm으로 고정하고, 에어로졸 및 이송가스 유량의 비율을 에어로졸 유량:이송가스 유량 = 5:20, 10:15, 15:20, 20: 5 등으로 각각 조절하여 염료 액적을 고속 관성 충돌에 의한 염료 흡착 공정을 시행한 후, 제작된 DSSC 태양전지의 광전변환효율(power conversion efficiency)을 비교함으로써 최적의 에어로졸 액적 및 이송가스 유량을 결정하였다.In one embodiment of the present invention, the total flow rate into the droplet high-speed inertial impact device is fixed at 25 lpm to find the optimum flow rate condition, and the ratio of the aerosol flow rate to the transfer gas flow rate is set to 5:20, 10:15, 15:20, and 20: 5, respectively. The dye-absorbing process by the high-speed inertial impact was performed on the dye droplets, and then the power conversion efficiency of the prepared DSSC solar cell was compared And the flow rate of the transfer gas were determined.

표 1에서와 같이, 에어로졸 유량이 높을수록 최종적으로 제작된 DSSC의 광전변환효율이 순차적으로 감소하는 경향을 관찰할 수 있었다.As shown in Table 1, the higher the aerosol flow rate, the smaller the photoelectric conversion efficiency of the finally fabricated DSSC was.

이는 에어로졸 액적 유량이 높아질수록 DSSC 태양전지 광전극의 TiO2 박막 표면에 흡착되는 염료 분자량의 증가로 인해 DSSC의 광전변환효율이 높아질 것이라는 일반적인 예상과는 반대의 결과이다.This is in contrast to the general expectation that the higher the aerosol droplet flow rate, the higher the photoelectric conversion efficiency of DSSC due to the increase of the dye molecular weight adsorbed on the TiO 2 thin film surface of the DSSC solar cell photoelectrode.

에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 내로 유입되는 에어로졸 액적의 유속이 높을 경우 TiO2 박막이 너무 많이 유입되는 염료 액적에 의해 빠르게 젖게 되는데, 이렇게 액적으로 젖은 표면에서는 계속적으로 유입되는 가속된 염료 액적의 충돌에 의한 염료 분자의 관성력 전달이 TiO2 박막상으로 온전히 이루어지지 못하게 되므로, 염료 분자의 외부 및 내부확산 속도 향상 효과가 감소하게 되어 최종적으로 염료 흡착 효율이 떨어지게 되는 것을 알 수 있다.Aerosol droplets When the flow rate of aerosol droplets entering the high-speed inertial impact device is high, the TiO 2 thin film is quickly wetted by too much incoming dye droplets, which can result from the collision of the accelerated dye droplets continuously flowing on the droplet- The inertial force transfer of the dye molecules is not completely performed on the TiO 2 thin film, so that the effect of improving the external and internal diffusion rate of the dye molecules is reduced, and the dye adsorption efficiency is finally lowered.

표 1은 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치내의 에어로졸/이송가스 유량비 변화에 따른 염료감응형 태양전지셀의 광전변환효율 특성 변화를 나타낸 것이다.Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency characteristics of the dye-sensitized solar cell according to the aerosol / transfer gas flow rate change in the aerosol droplet high-speed inertial impact device.

Figure pat00022
Figure pat00022

그리고 표 2는 일반적인 염료침지(Dip coating)공정과 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치를 이용한 염료흡착 공정을 통해 제작된 DSSC 태양전지의 광전변환효율 비교 특성을 나타낸 것이다.Table 2 shows the comparison of photoelectric conversion efficiency of DSSC solar cell fabricated through dye adsorption process using general dye immersion process and aerosol droplet high-speed inertial impact device.

각각의 공정에서 염료 흡착 시간이 증가할수록 염료 흡착량이 증가하며 광전변환효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.As the dye adsorption time increases in each process, the dye adsorption amount increases and the photoelectric conversion efficiency increases.

일반적인 염료 침지 공정(Dip coating)의 경우 30시간 침지 공정 후

Figure pat00023
의 염료 흡착량과 4.28%의 광전변환효율을 나타냈다.In case of general dye immersion process (Dip coating), after immersing for 30 hours
Figure pat00023
And a photoelectric conversion efficiency of 4.28%.

하지만, 에어로졸 액적 관성 충돌 장치를 이용한 염료흡착 공정의 경우, 1 시간의 염료 흡착 공정 후 염료 흡착량은

Figure pat00024
, 광전변환효율은 4.56%를 기록하며 일반적인 침지 공정을 사용한 경우와 유사하거나 조금 더 높은 광전변환효율을 보였다.However, in the case of the dye adsorption process using an aerosol droplet inertial impact device, the dye adsorption amount after 1 hour of dye adsorption process
Figure pat00024
, The photoelectric conversion efficiency was 4.56%, and the photoelectric conversion efficiency was similar to or slightly higher than that of the general immersion process.

에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치의 염료흡착 시간을 2시간, 3시간, 4시간으로 증가하는 경우에 염료흡착량은 지속적으로 증가하는 경향을 보였고, 이에 따라 광전변환효율도 증가하는 경향을 나타내었다.In case of increasing the dye adsorption time of the aerosol droplet at high speed inertial impact device to 2 hours, 3 hours, and 4 hours, the amount of dye adsorption tended to increase continuously, and the photoelectric conversion efficiency also increased.

이는 본 발명에서 제시한 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치를 이용할 경우 단 1 시간의 염료 흡착 공정으로도 기존의 염료침지 공정 30시간을 통해 제작된 DSSC 태양전지와 비슷한 광전변환효율 특성을 얻을 수 있음을 의미하며, 본 발명에서 개발한 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 이용한 태양전지의 염료흡착공정의 높은 효율성을 보여준다. This means that when the aerosol droplet high-speed inertial impact device proposed in the present invention is used, the photoelectric conversion efficiency characteristic similar to that of the DSSC solar cell manufactured through 30 hours of the conventional dye immersion process can be obtained even with a dye adsorption process of only one hour And shows the high efficiency of the dye adsorption process of the solar cell using the aerosol droplet high-speed inertial impact device developed in the present invention.

Figure pat00025
Figure pat00025

그리고 도 5는 침지공정과 에어로졸 액적 고속 충돌 장치에 의한 염료흡착공정으로 제작된 DSSC 태양전지의 다양한 염료흡착시간 조건에서의 전류밀도-전압 (J-V) 특성 및 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy, 전기화학 임피던스 분석) 비교 측정 및 분석 결과이다.FIG. 5 is a graph showing current density-voltage (JV) characteristics and EIS (electrochemical impedance spectroscopy, electrochemical impedance analysis) of DSSC solar cells fabricated by a dipping process and a dye adsorption process using an aerosol droplet high- ) Are the results of comparative measurement and analysis.

도 5의 (a)(b)의 J-V 곡선에서 각각의 염료흡착 공정에서 염료흡착 공정시간이 증가할수록 단락전류밀도(Jsc)와 개방전압(Voc)이 증가하는 것을 확인할 수 있다.5 (a) and 5 (b), the short-circuit current density J sc and the open-circuit voltage V oc increase as the dye adsorption process time increases in each dye adsorption process.

침지공정(dip coating)의 경우 약 30시간까지 개방전압과 단락전류 값이 점차 증가하는 것을 볼 수 있으나, 반면에 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 코팅 공정의 경우 염료흡착 공정 1시간 이후로는 거의 포화상태로 아주 조금씩 증가하는 것을 관찰할 수 있다.In the case of dip coating, the open-circuit voltage and the short-circuit current gradually increase until about 30 hours. On the other hand, in the coating process of the aerosol droplet and the high-speed inertial collision apparatus, As shown in Fig.

이는 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치를 이용한 염료흡착 공정의 경우 약 1시간의 염료흡착공정만으로도 전통적인 침지공정을 통해서 얻을 수 있는 태양전지 최대성능의 약 90% 이상의 태양전지 광전변환 성능 특성을 확보할 수 있음을 의미한다. In the case of dye adsorption process using aerosol droplet high-speed inertial impact device, about 1 hour of dye adsorption process can secure about 90% or more of photovoltaic conversion performance characteristics of solar cell, which can be obtained through conventional immersion process. .

또한, 도 5의 (c)(d)에서와 같이, 염료 코팅시간이 증가할수록 나이퀴스트(Nyquist) 선도에서는 반원형의 그래프 폭이 감소하며, 전체 저항(

Figure pat00026
)이 감소하는 것을
Figure pat00027
확인할 수 있다.As shown in (c) and (d) of FIG. 5, as the dye coating time increases, the graph width of the semicircle decreases at the Nyquist line,
Figure pat00026
) Is decreased
Figure pat00027
Can be confirmed.

그리고 도 5의 (e)(f)에서의 보데(Bode) 선도에서는 peak frequency (f)가 감소하며, 전자수명

Figure pat00028
이 증가하는 것을 확인할 수 있으며
Figure pat00029
, 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치를 이용한 염료흡착 공정에서 코팅시간 변화에 따른 차이가 더 작은 것을 확인할 수 있다.In the Bode diagram of FIG. 5 (e) (f), the peak frequency ( f ) decreases and the electron lifetime
Figure pat00028
Can be seen to increase
Figure pat00029
, And the difference in the coating time is smaller in the dye adsorption process using the aerosol droplet high-speed inertial impact device.

따라서, 모든 광전변환효율 특성 분석에서 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치를 이용한 염료흡착 공정에서 1시간 이상의 염료흡착 공정 시 최대 성능의 90% 이상의 광전변환특성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the photoelectric conversion characteristics of 90% or more of the maximum performance can be secured in the dye adsorption process using the aerosol droplet high-speed inertial impact device in the dye adsorption process for one hour or more in all photoelectric conversion efficiency characteristics analysis.

그리고 도 6은 염료침지 방식과 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치에 의한 염료흡착 방식에 의해 제작된 DSSC 태양전지의 코팅시간에 따른 광전변환효율 변화 비교 결과 그래프이다.And FIG. 6 is a graph showing a comparison result of the photoelectric conversion efficiency of the DSSC solar cell fabricated by the dye immersion method and the dye adsorption method by the aerosol droplet high-speed inertial impact device according to the coating time.

본 발명에 따른 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 및 공정 기술을 DSSC 태양전지 염료흡착 공정에 적용함으로써, 도 6에서와 같이 기존의 24-30 시간 가량 소요되던 염료흡착 공정을 수 시간 이하로 획기적으로 줄일 수 있었다.By applying the aerosol droplet high-speed inertial impact device and process technology according to the present invention to the DSSC solar cell dye adsorption process, it is possible to remarkably reduce the dye adsorption process, which took about 24-30 hours as in FIG. 6, there was.

또한, 동시에 염료흡착량을 에어로졸 염료 고속 충돌에 의한 방식으로 극대화 시킴으로써 최종적으로 DSSC 태양전지의 광전변환효율 향상도 이룰 수 있었다. At the same time, by maximizing the amount of dye adsorption by a high-speed impact of aerosol dye, ultimately, photoelectric conversion efficiency of the DSSC solar cell could be improved.

이는 본 발명에 따른 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 장치 및 공정 기술을 DSSC 태양전지 염료흡착 공정에 적용함으로써 효율성을 증대시킬 수 있는 가능성을 보여준 결과로 추후 DSSC 산업의 태양전지 고속 생산 및 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다는 것을 의미한다.As a result of applying the aerosol droplet high-speed inertial collision apparatus and process technology according to the present invention to the DSSC solar cell dye adsorption process, it is possible to increase the efficiency, which can contribute to the high-speed production and productivity improvement of the solar cell in the DSSC industry .

이와 같은 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법의 효율성을 높이기 위하여,In order to increase the efficiency of the aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorption apparatus and the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell using the same,

단일 노즐의 설계치를 기반으로 다중 노즐을 설계 및 제작하여 염료 액적 발생용 다중 노즐 시스템을 구축하여 한 번에 다량의 전극에 염료 코팅이 가능하도록 하여 태양전지의 생산성을 더욱 증대시킬 수 있도록 하는 구성을 더 포함한다.Designing and manufacturing multiple nozzles based on the design values of a single nozzle to construct a multiple nozzle system for generating dye droplets enables dye coating on a large number of electrodes at one time to further increase the productivity of the solar cell .

도 7은 본 발명에 따른 염료 액적 발생용 다중 노즐 시스템의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a multiple nozzle system for generating a dye droplet according to the present invention.

본 발명은 단일 노즐의 설계치를 기반으로 다중 노즐을 설계 및 제작하여 염료 액적 발생용 다중 노즐 시스템을 구축하여 사용할 경우에는 태양전지의 생산성을 더욱 증대시킬 수 있다.The present invention can further increase the productivity of the solar cell when a multiple nozzle system for generating dye droplets is constructed and used by designing and manufacturing multiple nozzles based on the design value of a single nozzle.

즉, 본 발명에 따른 관성 충돌 장치가 가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 다공성 박막에 충돌시키는 노즐이 복수 개 구비되도록 구성하고, 각각의 노즐은 대응하는 각각의 전극을 구성하는 다공성 박막에 동시에 염료 에어로졸 액적을 충돌시켜 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자를 다공성 박막 내부 및 외부로 침투시켜 흡착시키도록 한 것이다.That is, the inertial impact device according to the present invention is configured such that a plurality of nozzles for colliding a dye-based aerosol droplet having accelerated inertial force with the porous thin film are provided, and each nozzle is provided with a dye The collision of the aerosol droplet is carried out to increase the outer and inner diffusion speed of the dye molecules so that the dye molecules penetrate into and into the porous thin film to adsorb it.

바닥면에 놓인 전극 기판의 간격을 최소화하여 설계할 경우, 같은 크기의 면적에서 한 번의 공정으로 염료 코팅할 수 있는 태양전지 기판의 갯수를 증가시켜 침지공정에 비해 공정시간이 1/10 이상 단축될 수 있고, 한 번에 다량의 전극에 염료 코팅이 가능하므로 염료감응형 태양전지 셀의 대량생산 시스템에도 적용 가능하게 된다. When the distance between the electrode substrates placed on the bottom surface is designed to be minimized, the number of solar cell substrates that can be coated with a dye in the same size area can be increased to shorten the process time by 1/10 or more compared to the immersion process And it is possible to apply a dye coating to a large number of electrodes at a time, so that it can be applied to a mass production system of a dye-sensitized solar cell.

또한, 본 발명은 광전극 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 충돌장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 염료 회수용 트랩을 외부에 설치하여 염료 손실을 최소화하면서 연속적으로 고속 염료 흡착 공정을 제어할 수 있도록 하는 구성을 더 포함한다.The present invention also provides a dye recovery trap for recovering a dye aerosol droplet that escapes from a collision device together with a transport gas without colliding with the photoelectrode thin film on the outside to continuously perform a high speed dye adsorption process So as to be able to control the display device.

도 8은 본 발명에 따른 염료 회수용 트랩의 구성도이다.8 is a configuration diagram of a dye recovery trap according to the present invention.

도 8에서와 같이 염료 회수용 트랩을 외부에 설치하여 염료 에어로졸은 트랩 내부의 용액에 흡수되고, 가스만 트랩 외부로 빠져 나가게 한다.As shown in FIG. 8, the dye recovery trap is installed outside, so that the dye aerosol is absorbed by the solution in the trap, and only the gas escapes to the outside of the trap.

이와 같이 회수한 염료용액을 추후 애토마이저로 재공급함으로써 염료 손실을 최소화하면서 연속적으로 고속 염료 흡착 공정을 제어할 수 있다.The dye solution thus recovered can be fed back to the atomizer to control the dye adsorption process in a continuous manner while minimizing dye loss.

침지법의 경우 반복되는 침지 공정으로 염료용액의 초기농도가 계속적으로 감소하고 정량적인 염료 손실량을 계산하기 어려우므로 일정 시간 및 반복 사용 후 염료 용액의 전체적인 교환이 이루어지므로 많은 염료의 손실이 발생한다.In the dipping method, since the initial concentration of the dye solution continuously decreases due to the repeated immersion process and it is difficult to calculate the quantitative dye loss amount, a lot of dye is lost because the dye solution is totally exchanged after a certain period of time and repeated use.

하지만, 본 발명에서와 같이 염료 회수용 트랩을 외부에 설치하는 경우에는 항상 염료용액의 농도를 일정하게 유지할 수 있으므로 안정성 있는 태양전지의 제조가 가능하고, 염료 손실을 대폭 줄일 수 있다. However, when the dye recovery trap is installed on the outside as in the present invention, the concentration of the dye solution can be always kept constant, so that a stable solar cell can be manufactured and dye loss can be greatly reduced.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법은 염료분자가 분산되어 있는 알코올 용액을 고압 혹은 초음파 분무하여 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키고, 고속 관성충돌 시스템을 적용하여 특정노즐(nozzle)을 통해 가속된 높은 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 TiO2박막에 인위적으로 강하게 충돌시켜 흡착 속도를 높일 수 있도록 한 것이다.The above-described aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorbing apparatus and the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using the same may further include the steps of generating aerosol droplets by high-pressure or ultrasonic spraying of an alcohol solution in which dye molecules are dispersed , A high-speed inertial collision system is applied to strongly accelerate adsorption of a dye aerosol droplet accelerated through a specific nozzle to the TiO 2 thin film to increase the adsorption rate.

특히, 에어로졸 입자가 유체 유동 내에서 입자의 질량에 따른 모멘텀(momentum) 차이를 이용하여 특정 크기의 입자를 분리해내는 에어로졸 액적 고속 관성 충돌 기술을 이용하여 염료 흡착 공정 시간을 대폭 단축할 수 있도록 한 것이다.Particularly, the aerosol droplet is used to rapidly cut the dye adsorption process time by using the aerosol droplet high-speed inertial collision technique in which the aerosol particles separate the particles of a specific size by utilizing the momentum difference according to the mass of the particles in the fluid flow will be.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.

21. 에어 필터 22.23. 유동 제어기
24. 에어로졸 액적 발생 장치 25. 관성 충돌 장치
26. 건조 장치 27. 펌프21. Air filter 22.23. Flow controller
24. Aerosol droplet generating device 25. Inertial impact device
26. Drying device 27. Pump

Claims (16)

염료 분자가 분산되어 있는 용액을 분무하여 염료 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키는 에어로졸 액적 발생 장치;
상기 에어로졸 액적 발생 장치에서 생성된 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되어 공급되면,
노즐(nozzle)을 통해 가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌시켜 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자를 다공성 박막 내부 및 외부로 침투시켜 흡착시키 관성 충돌 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.An aerosol droplet generating device for spraying a solution in which dye molecules are dispersed to generate dye aerosol droplets;
When the aerosol flow including the dye droplet generated in the aerosol droplet generating device and the sheath flow are mixed and supplied,
Diffusing dye droplets with inertial force accelerated through a nozzle Impacts the droplet on the porous film for electrode formation to increase the outer and inner diffusion speed of the dye molecules to penetrate the dye molecules into and out of the porous thin film and adsorb them. Wherein the aerosol droplet inertial impact based fast dye adsorbing apparatus comprises: 제 1 항에 있어서, 상기 관성 충돌 장치는,
가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 다공성 박막에 충돌시키는 노즐이 복수 개 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.The apparatus according to claim 1,
Characterized in that a plurality of nozzles for impinging a dye aerosol droplet having accelerated inertia force on the porous thin film are constituted. 제 1 항에 있어서, 복수 개의 각각의 노즐은,
대응하는 각각의 염료감응형 태양전지 셀들의 전극들을 형성하기 위한 다공성 박막에 동시에 염료 에어로졸 액적을 충돌시키는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.3. The apparatus of claim 1, wherein each of the plurality of nozzles comprises:
Characterized in that the dye aerosol droplets are simultaneously impinged on the porous thin film for forming the electrodes of each of the corresponding dye-sensitized solar cell cells. 제 1 항에 있어서, 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 관성 충돌 장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 염료 회수용 트랩을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.The apparatus according to claim 1, further comprising a dye recovery trap for recovering a dye aerosol droplet that exits the inertial impact device together with the transport gas without collision with the porous thin film for electrode formation, Collision - based high - speed dye adsorption apparatus. 제 4 항에 있어서, 염료 회수용 트랩에 의해 염료 에어로졸 액적(droplet)은 염료 회수용 트랩 내부의 용액에 흡수되고, 이송가스는 외부로 빠져 나가고,
염료 회수용 트랩에 의해 회수된 염료 에어로졸 액적(droplet)은 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.5. The method of claim 4, wherein the dye recovery droplet is absorbed by the solution in the dye recovery trap by the dye recovery trap, the transfer gas escapes to the outside,
Characterized in that the dye aerosol droplets recovered by the dye recovery trap are re-fed to the aerosol droplet generating device. 제 5 항에 있어서, 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 염료 에어로졸 액적(droplet)에 의해 염료용액의 농도가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.6. The apparatus of claim 5, wherein the concentration of the dye solution is maintained constant by a dye aerosol droplet re-supplied to the aerosol droplet generating device. 제 1 항에 있어서, 상기 관성 충돌 장치를,
스톡스 수(Stokes number, Stk), 레이놀즈 수(Reynolds number, Re), S/W 비 (S: 노즐 끝 단에서 충돌판 바닥까지의 거리, W: 노즐 폭), T/W 비 (T: 노즐 길이)를 고려하여 설계하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.2. The apparatus according to claim 1,
Stokes number (Stokes number, Stk), the Reynolds number (Reynolds number, Re), S / W ratio (S: distance, W at the nozzle tip end to the impingement plate bottom: a nozzle width), T / W ratio (T: nozzle Length) of the high-speed dye adsorbing device. 제 7 항에 있어서, 스톡스 수(Stk)는 에어로졸 입자를 충돌 포집할 수 있는지 아니면 충돌없이 가스 유동을 따라 흐르게 할 수 있는지를 구분하는 무차원 변수로 입자의 정지 거리와 노즐목의 반경 비로서 정의되고,
Figure pat00030

여기서,
Figure pat00031
: 입자 밀도, C: Cunningham 보정계수, Vo: 노즐 목에서의 유체의 평균속도, Dp: 입자직경, μ: 유체 점도인 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.The method according to claim 7, wherein the Stokes number ( Stk ) is a dimensionless parameter for distinguishing whether the aerosol particles can collide with each other or can flow along the gas flow without collision, and is defined as a particle stop distance and a nozzle radius ratio And,
Figure pat00030

here,
Figure pat00031
: Particle density, C : Cunningham correction coefficient, Vo : average velocity of the fluid at the nozzle neck, Dp : particle diameter, and μ: fluid viscosity. 제 7 항에 있어서, 레이놀즈 수(Re)는 유체 흐름이 층류인지 혹은 난류인지를 결정하는 무차원수로,
Figure pat00032
으로 정의되고,
여기서, W: 노즐 폭, μ: 유체 점도, Vo: 노즐 목에서의 유체의 평균속도, ρ: 정상상태에서의 공기 밀도인 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.The method of claim 7, wherein the Reynolds number ( Re ) is a non-dimensional number that determines whether the fluid flow is laminar or turbulent,
Figure pat00032
Lt; / RTI >
Where W is the nozzle width, 占 is the fluid viscosity, Vo is the average velocity of the fluid in the nozzle neck, and? Is the air density in the steady state. 제 7 항에 있어서, 관성 충돌 장치의 노즐 폭(W)은,
Figure pat00033
으로 정의되고,
여기서, W: 노즐 폭, ρp: 입자 밀도, ρ: 정상상태에서의 공기 밀도, C: Cunningham 보정계수, D50: 50% 포집효율에서의 입자직경, Stk50: 50% 포집효율에서의 스톡스 수인 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.8. The inertial impact device according to claim 7, wherein the nozzle width (W)
Figure pat00033
Lt; / RTI >
C : Cunningham correction factor, D 50: particle diameter at 50% collection efficiency, Stk 50: Stokes number at 50% collection efficiency, W : nozzle width, p : particle density, Wherein the aerosol droplet inertial collision-based high-speed dye adsorbing apparatus is characterized in that it comprises: 제 7 항에 있어서, 관성 충돌 장치의 안정성을 고려하여 S/W 비와 T/W 비를,
원형 노즐의 경우 S/W = 1 이상, T/W = 1 ~ 5의 비율로 설계하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치.8. The method according to claim 7, wherein the S / W ratio and the T / W ratio are calculated in consideration of the stability of the inertial impact device,
And a ratio of S / W = 1 to T / W = 1 to 5 in the case of a circular nozzle. 에어로졸 액적 발생 장치에서 염료 분자가 분산되어 있는 용액을 분무하여 염료 에어로졸 액적(droplet)을 발생시키는 단계;
상기 생성된 염료 액적을 포함한 에어로졸 유동(Aerosol flow)과 이송가스 유동(Sheath flow)이 혼합되어 관성 충돌 장치로 공급되도록 하는 단계;
관성 충돌 장치의 노즐(nozzle)을 통해 가속된 관성력을 갖는 염료 에어로졸 액적을 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌시켜 염료 분자의 외부 및 내부 확산 속도를 높여 염료 분자를 다공성 박막 내부 및 외부로 침투시켜 흡착시키 관성 충돌 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법.Spraying a solution in which an dye molecule is dispersed in an aerosol droplet generating device to generate a dye aerosol droplet;
Allowing the aerosol flow and the sheath flow containing the resulting dye droplets to be mixed and fed to the inertial impact device;
A dye aerosol droplet accelerated through a nozzle of an inertial impact device is collided with a porous thin film for electrode formation to increase the outer and inner diffusion speed of the dye molecules to penetrate the dye molecules into and out of the porous thin film, Wherein the step of irradiating the dye-sensitized solar cell comprises irradiating the dye-sensitized solar cell with ultraviolet radiation. 제 12 항에 있어서, 상기 관성 충돌 단계에서,
관성 충돌 장치에 구비되는 복수 개의 각각의 노즐을 통하여 대응하는 각각의 염료감응형 태양전지 셀들의 전극들을 형성하기 위한 다공성 박막에 동시에 염료 에어로졸 액적을 충돌시키는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법.13. The method of claim 12, wherein, in the inertia collision step,
Characterized in that a dye aerosol droplet is simultaneously impinged on a porous thin film for forming electrodes of corresponding dye-sensitized solar cell cells through a plurality of respective nozzles provided in an inertial impact device. A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using an adsorption apparatus. 제 12 항에 있어서, 전극 형성을 위한 다공성 박막에 충돌하지 않고 이송가스와 함께 관성 충돌 장치를 빠져 나가는 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법.13. The method of claim 12, further comprising recovering a dye aerosol droplet exiting the inertial impact device with the transport gas without impacting the porous film for electrode formation. A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using a dye adsorption apparatus. 제 14 항에 있어서, 염료 에어로졸 액적(droplet)을 회수하는 단계에서,
회수된 염료 에어로졸 액적(droplet)은 염료 회수용 트랩 내부의 용액에 흡수되고, 이송가스는 외부로 빠져 나가고,
염료 회수용 트랩에 의해 회수된 염료 에어로졸 액적(droplet)은 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein in recovering the dye aerosol droplets,
The recovered dye aerosol droplets are absorbed by the solution in the dye recovery trap, the transfer gas escapes to the outside,
Wherein the dye aerosol droplets recovered by the dye recovery trap are re-supplied to the aerosol droplet generator. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제 15 항에 있어서, 에어로졸 액적 발생 장치로 재공급되는 염료 에어로졸 액적(droplet)에 의해 염료용액의 농도가 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법.

The aerosol droplet generating apparatus according to claim 15, wherein the concentration of the dye solution is kept constant by a dye aerosol droplet supplied to the aerosol droplet generating apparatus. A method of manufacturing a solar cell.

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