KR20210023473A - A photoelectrode having through vias and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 관통비아를 갖는 광전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광전극에서 발생한 전하캐리어를 최소한의 손실로 상대전극으로 전달할 수 있는 관통비아를 갖는 광전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photoelectrode having a through-via and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a photoelectrode having a through-via capable of transferring a charge carrier generated from the photoelectrode to a counter electrode with minimal loss, and a method of manufacturing the same. will be.
최근 지구온난화, 미세먼지 등의 환경적 문제로 인해 화석연료 기반 에너지로부터 태양광, 풍력 등을 기반으로 하는 신재생 에너지로 전환하는 노력이 계속되고 있다. 태양광, 풍력 등의 신재생에너지의 단점인 간헐성을 보완하기 위해 신재생에너지로부터 발생하는 전기에너지를 물의 전기분해로 발생하는 수소로 전환하여 저장하는 방식이 제안되었다. 물의 전기분해의 효율적인 방식으로 광전기화학적 물분해에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 광전기화학적 물분해의 경우 반도체재료가 도포된 광전극에 밴드갭 에너지 이상의 빛이 광전극에 조사되면 광전극에서 전자와 정공이 생성되게 된다. 생성된 전자와 정공은 외부기전력에 의해 전해질로 이동하게 되고 물분해를 통한 수소 또는 산소 생산에 기여하게 된다. In recent years, due to environmental problems such as global warming and fine dust, efforts to convert from fossil fuel-based energy to solar energy and wind power-based renewable energy are continuing. In order to compensate for the intermittentness, which is a shortcoming of renewable energy such as solar and wind power, a method of converting and storing electric energy generated from renewable energy into hydrogen generated by electrolysis of water has been proposed. Research on photoelectrochemical water decomposition as an efficient method of electrolysis of water is actively being conducted. In the case of photoelectrochemical water decomposition, electrons and holes are generated in the photoelectrode when light having a band gap energy or more is irradiated onto the photoelectrode to which a semiconductor material is applied. The generated electrons and holes move to the electrolyte by external electromotive force and contribute to the production of hydrogen or oxygen through water decomposition.
광전극을 광애노드전극으로 사용하는 경우, 광애노드전극에서 생성된 전자는 광애노드전극내 도전막으로 이동하고 외부기전력에 의해 이 도전막으로부터 수집되어 상대전극인 광캐소드전극으로 전달되게 된다. 광캐소드전극에 전달된 전자는 물분해 수소생산에 사용되게 된다. When the photoelectrode is used as the photoanode electrode, electrons generated from the photoanode electrode move to the conductive film in the photoanode electrode, are collected from the conductive film by external electromotive force, and transferred to the photocathode electrode, which is a counter electrode. The electrons transferred to the photocathode electrode are used for water-decomposition hydrogen production.
이 때 광애노드전극에서 생성된 전자가 광캐소드전극으로 전달되는 과정에서 발생하는 저항손실을 감소시킴으로써 물분해 효율을 높일 수 있다. In this case, the efficiency of water decomposition can be improved by reducing the resistance loss that occurs in the process of transferring electrons generated from the photoanode electrode to the photocathode electrode.
종래 기술에서 광전기화학적 물분해에 사용되는 광전극은 유리기판에 FTO, ITO 등의 투명도전막을 증착하고, 그 위에 광흡수 반도체 재료가 도포된 형태로 구성된다.In the prior art, a photoelectrode used for photoelectrochemical water decomposition is formed by depositing a transparent conductive film such as FTO or ITO on a glass substrate, and coating a light-absorbing semiconductor material thereon.
종래 기술에서 광전극에 사용되는 FTO나 ITO 등의 도전막은 금속과 비교하여 투명하므로 빛이 투과하기 좋은 장점이 있지만, 금속에 비해 전기저항율이 높아 저항손실이 상대적으로 큰 단점이 있다. In the prior art, a conductive film such as FTO or ITO used for a photoelectrode is transparent compared to metal, so it has a good advantage to transmit light, but has a disadvantage of relatively high resistance loss due to high electrical resistivity compared to metal.
물분해양을 증가시키기 위해 광전극을 대면적으로 제작하는 경우, 전자의 이동경로가 길어지게 되고 높은 전기저항율로 인해 전류 발생시 저항손실이 커지게 되므로 광전극의 효율이 낮아지게 된다. 이와 같이 투명도전막의 높은 전기 저항율은 광전극 대면적화에 걸림돌이 되고 있다. When a photoelectrode is manufactured in a large area to increase the amount of water decomposition, the path of electrons becomes longer, and resistance loss increases when current is generated due to a high electrical resistivity, so the efficiency of the photoelectrode decreases. As described above, the high electrical resistivity of the transparent conductive film is an obstacle to the large-area photoelectrode.
따라서 광전극 대면적화를 위해서는 광전극에서 생성된 전자 또는 정공의 전하캐리어를 상대쪽 광전극으로 전달할 때 저항손실을 줄일 수 있는 광전극 개발이 필요하다.Therefore, in order to increase the area of the photoelectrode, it is necessary to develop a photoelectrode capable of reducing resistance loss when transferring charge carriers of electrons or holes generated by the photoelectrode to the opposite photoelectrode.
본 발명은 광전극에서 발생한 전하캐리어를 최소한의 손실로 상대전극으로 전달할 수 있는 관통비아를 갖는 광전극을 제공하는 것을 목적들 중 하나로 하며, 본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 관통비아를 갖는 광전극 및 그 제조방법이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.One of the objects of the present invention is to provide a photoelectrode having a through-via capable of transferring a charge carrier generated from the photoelectrode to a counter electrode with minimal loss, and having a through-via according to the technical idea of the technology disclosed in the present specification. The technical problem to be achieved by the photoelectrode and its manufacturing method is not limited to the problem for solving the above-mentioned problem, and another problem that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 예시적 과제를 달성하기 위하여 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예는 관통비아를 갖는 광전극을 제공한다. 이러한 관통비아를 갖는 광전극은, 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상에 형성된 투명도전막; 상기 투명도전막 상에 형성된 광반응막; 상기 제 1 기판을 통과하는 관통홀 내에 설치된 관통비아; 및 상기 관통비아가 형성된 제 1 기판의 반대쪽 면에 형성된 도전막을 포함할 수 있다. In order to achieve the above-described exemplary problem, an embodiment of the technology disclosed in the present specification provides a photoelectrode having a through via. The photoelectrode having such a through via may include a first substrate; A transparent conductive film formed on the first substrate; A photoreactive film formed on the transparent conductive film; A through via installed in a through hole passing through the first substrate; And a conductive film formed on the opposite surface of the first substrate on which the through via is formed.
일 실시예에 있어서, 상기 관통비아를 갖는 광전극은 애노드용일 수 있다.In one embodiment, the photoelectrode having the through via may be for an anode.
일 실시예에 있어서, 상기 관통비아는 상기 관통홀을 완전히 채울 수도 있고, 일부만 채울 수도 있다. In an embodiment, the through via may completely fill the through hole or may only partially fill the through hole.
본 발명의 다른 실시예는 관통비아를 갖는 광전극의 제조방법을 제공한다. 이러한 관통비아를 갖는 광전극의 제조방법은, 제 1 기판에 관통홀을 제조하는 단계; 상기 관통홀이 형성된 제 1 기판에 투명도전막을 형성하는 단계; 상기 투명전도막이 형성된 제 1 기판에 광반응막을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판에 형성된 관통홀에 저저항 금속충진시켜 관통비아를 형성하는 단계; 상기 관통비아가 형성된 제 1 기판의 반대쪽 면에 도전막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a photoelectrode having a through via. A method of manufacturing a photoelectrode having such a through via includes: manufacturing a through hole in a first substrate; Forming a transparent conductive film on the first substrate in which the through hole is formed; Forming a photoreactive film on the first substrate on which the transparent conductive film is formed; Filling a through hole formed in the first substrate with a low-resistance metal to form a through via; It may include forming a conductive film on the opposite surface of the first substrate on which the through via is formed.
본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따르면, 광전극에서 발생한 전하캐리어를 적은 저항손실로 상대전극으로 전달할 수 있는 전기적 연결 비아홀이 형성된 광전극을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the technology disclosed in the present specification, a photoelectrode having an electrical connection via hole capable of transferring a charge carrier generated from the photoelectrode to a counter electrode with a small resistance loss may be provided.
그리고, 본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따른 광전극에 태양전지를 연결하게 되면 외부기전력이 없이도 태양전지의 기전력에 의해 전자 또는 정공이 전해질로 이동하게 되어, 외부전력이 필요하지 않은 자발적 수소생산이 가능하게 된다. And, when the solar cell is connected to the photoelectrode according to the embodiment of the technology disclosed in the present specification, electrons or holes are moved to the electrolyte by the electromotive force of the solar cell even without external electromotive force, so that no external power is required, spontaneous hydrogen production. This becomes possible.
또한, 본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따른 광전극의 제 2전극을 태양전지의 전극으로 사용하게 되면 전기적 손실을 줄일 수 있고, 자발적 수소생산의 효율을 높일 수 있다. In addition, when the second electrode of the photoelectrode according to an embodiment of the present disclosure is used as an electrode of a solar cell, electrical loss can be reduced and efficiency of spontaneous hydrogen production can be increased.
한편, 본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects that can be achieved by the photoelectrode having a through-via according to an embodiment of the technology disclosed in the present specification are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are to a person skilled in the art from the following description. It can be clearly understood.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 기술의 다른 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 기술의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지(DSSC)에 연결된 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 기술의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지(DSSC)에 연결된 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 기술의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지(DSSC)에 연결된 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극 제조방법의 순서도이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도이다. In order to more fully understand the drawings cited in this specification, a brief description of each drawing is provided.
1 is a schematic cross-sectional view of a photoelectrode having a through-via according to an embodiment of the disclosed technology.
2 is a schematic cross-sectional view of a photoelectrode having a through via according to another embodiment of the technology disclosed in the present specification.
3 is a cross-sectional view schematically illustrating a photoelectrode having a through-via connected to a dye-sensitized solar cell (DSSC) according to another embodiment of the disclosed technology.
4 is a schematic cross-sectional view of a photoelectrode having a through-via connected to a dye-sensitized solar cell (DSSC) according to another embodiment of the disclosed technology.
5 is a schematic cross-sectional view of a photoelectrode having a through-via connected to a dye-sensitized solar cell (DSSC) according to another embodiment of the disclosed technology.
6 is a flowchart of a method of manufacturing a photoelectrode having a through via according to an embodiment of the technology disclosed in the present specification.
7 is a schematic process diagram illustrating a method of manufacturing a photoelectrode having a through-via according to an embodiment of the disclosed technology.
본 명세서에 개시된 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 명세서에 개시된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 명세서에 개시된 기술은 본 명세서에 개시된 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the technology disclosed in the present specification can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings, and will be described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the technology disclosed in this specification to a specific embodiment, and the technology disclosed in this specification is understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the technology disclosed in this specification. It should be.
본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In describing the technology disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the technology disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted.
본 명세서 개시에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 되어 있는 경우도 포함한다.In the present specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected", but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.
본 명세서 개시에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In the present specification, when a member is said to be positioned "on" another member, this includes not only the case where the member is in contact with the other member, but also the case where another member exists between the two members.
본 명세서 개시에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the disclosure of the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified.
본 명세서 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms "about", "substantially", etc. of the degree used in the present specification are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and the understanding of the present application To assist, accurate or absolute numerical values are used to prevent unreasonable use of the stated disclosure by unscrupulous infringers.
본 명세서 개시에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used in the present specification, the term "step (to)" or "step of" does not mean "step for".
본 명세서 개시에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.In the present specification disclosure, the term "combination of these" included in the expression of the Makushi format refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of components described in the expression of the Makushi format, and the component It means to include one or more selected from the group consisting of.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a photoelectrode having a through-via according to an embodiment of the disclosed technology.
상술한 예시적 과제를 달성하기 위하여 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예는 관통비아를 갖는 광전극(100)을 제공한다. In order to achieve the above-described exemplary problem, an embodiment of the technology disclosed in the present specification provides a
도 1에 도시된 바와 같이, 관통비아를 갖는 광전극(100)은, 제 1 기판(110), 상기 제 1 기판(110) 상에 형성된 투명도전막(120), 상기 투명도전막(120) 상에 형성된 광반응막(130), 상기 제 1 기판(110)을 통과하는 관통홀(140) 내에 설치된 관통비아(150), 및 상기 관통비아(150)가 형성된 제 1 기판(110)의 반대쪽 면에 형성된 도전막(160)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
상기 제 1 기판(110)은 유리 또는 투명 고분자를 포함하는 것일 수 있으며, 전도성 유리 기판, 전도성 플라스틱 기판, 전도성 금속 기판, 반도체 기판 또는 부도체 기판 등을 사용할 수 있다. The
이러한 제 1 기판(110)은 예를 들어, SiO2 기판, ITO 기판, SnO2 기판, TiO2 기판, Al2O3 기판 등의 산화물 기판; Cu, Ni, Fe, Pt, Al, Co, Ru, Pd, Cr, Mn, Au, Ag, Mo, Rh, Ta, Ti, W, U, V, Zr, Ir 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 기판, 또는 폴리에틸렌 테레트탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌 술폰(Polyethylene Sulfone; PES), 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyehylene Naphthalate; PEN), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 등의 유연 기판, 또는 유리 기판 등일 수 있다.The
이러한 제 1 기판(110)의 일면에는 투명도전막(120)이 형성될 수 있다.A transparent
상기 투명도전막(120)은 높은 전도율과 투과성을 갖는 도전 물질로 형성될 수 있다.The transparent
이러한 투명도전막은 예를 들어, 인듐-주석-산화막(ITO: Indium Tin Oxide); 인듐-아연-산화막(IZO: Indium Zinc Oxide); 불소 도핑 산화주석(FTO: Fluorine-doped Tin Oxide); 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 합금들로 이루어진 군에서 선택된 금속 메쉬(Mesh) 형태로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Such a transparent conductive film is, for example, an indium-tin-oxide film (ITO: Indium Tin Oxide); Indium Zinc Oxide (IZO); Fluorine-doped Tin Oxide (FTO); Silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), gold (Au), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), nickel (Ni) or It may be formed in the form of a metal mesh selected from the group consisting of alloys including these, but is not limited thereto.
상기 투명도전막(120)의 두께는 바람직하게 대략 10nm 내지 10um로 형성될 수 있다.The thickness of the transparent
이러한 제 1 기판(110) 상의 상기 투명도전막(120)은 광반응막(130)과 접착될 수 있다. The transparent
태양광이 입사하는 상기 광반응막(130)은 광을 흡수하여 전하캐리어를 형성할 수 있다. 상기 광반응막(130)에서 생성된 전하캐리어는 상기 투명도전막(120)에서 수집된다. The
상기 광반응막(130)은 WO3; BVO; ZnO; FexOy, CuxOy (여기서 x, y는 1 내지 10 사이의 정수); 또는 TiO2로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 광반응막(130)의 두께는 바람직하게 대략 10nm 내지 10um로 형성될 수 있다.The thickness of the
상기 제 1 기판(110)에는 기판을 관통하는 관통홀(140)이 형성되고, 상기 관통홀(140)에는 관통비아(150)가 형성된다. 상기 관통홀(140)은 복수 개가 형성될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 관통비아(150)는 상기 관통홀(140)을 완전히 채울 수도 있고, 일부만 채울 수도 있도록 구성된다. A through
이러한 관통비아(150)는 상기 투명전도막(120)으로 전달된 전하를 수집한다.The through via 150 collects electric charges transferred to the transparent
상기 관통홀(140)의 직경은 상기 관통비아(150)의 직경보다 크게 형성되며, 관통홀(140)의 직경은 바람직하게 대략 5um 내지 250um일 수 있다. 또한, 수평방향에서 복수 개의 관통홀 중 인접한 두 개의 관통홀 사이의 간격(pitch)은 바람직하게 대략 10um 내지 500um일 수 있다.The diameter of the through-
관통홀(140) 내에 설치된 관통비아(150)는 상기 제 1 기판(110)에 형성된 상기 관통홀(140)에 저저항 금속을 충진시켜 형성된다. 상기 저저항 금속은 예를 들면, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu)를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The through-via 150 installed in the through-
한편, 상기 관통비아(150)가 형성된 제 1 기판(110)의 반대쪽 면에는 상기 도전막(160)이 형성된다. 도전막(160)은 상기 관통비아(150)에서 수집된 전자를 수집하는 기능을 한다.Meanwhile, the conductive layer 160 is formed on a surface opposite to the
이러한 도전막은 예를 들어, 인듐-주석-산화막(ITO: Indium Tin Oxide); 인듐-아연-산화막(IZO: Indium Zinc Oxide); 불소 도핑 산화주석(FTO: Fluorine-doped Tin Oxide); 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 합금 등의 저저항 도전성 재료로 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Such a conductive film is, for example, an indium-tin-oxide film (ITO: Indium Tin Oxide); Indium Zinc Oxide (IZO); Fluorine-doped Tin Oxide (FTO); Silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), gold (Au), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), nickel (Ni) or Although it is preferable to form a low-resistance conductive material such as an alloy containing these, it is not necessarily limited thereto.
상기 도전막(160)의 두께는 바람직하게 대략 10nm 내지 10um로 형성될 수 있다.The thickness of the conductive layer 160 may be preferably formed to be approximately 10 nm to 10 μm.
일 실시예에 있어서, 상기 관통비아를 갖는 광전극(100)은 애노드용일 수 있다. 태양광이 입사하면, 상기 광반응막(130)이 광을 흡수하여 전하캐리어를 형성하고, 상기 광반응막(130)에서 생성된 전하캐리어는 상기 투명도전막(120), 상기 관통비아(150)를 거쳐 상기 도전막(160)에 수집되어 상대전극으로 전달될 수 있다. 따라서, 광전극에서 발생한 전하캐리어를 적은 저항손실로 상대전극으로 전달할 수 있는 장점이 있다. In one embodiment, the
도 3 내지 도 5는 본 명세서에 개시된 기술의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지(DSSC)에 연결된 관통비아를 갖는 광전극을 개략적으로 도시한 단면도이다.3 to 5 are cross-sectional views schematically illustrating a photoelectrode having a through-via connected to a dye-sensitized solar cell (DSSC) according to another embodiment of the disclosed technology.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 관통비아를 갖는 광전극(100)에 염료감응형 태양전지(DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell)(200)를 연결할 수 있다. 염료감응형 태양전지에 연결된 관통비아를 갖는 광전극은, 외부기전력이 없이도 태양전지의 기전력에 의해 전자 또는 정공이 전해질로 이동하게 되어 외부전력이 필요하지 않은 자발적 수소생산이 가능하게 되는 장점이 있다. As shown in FIGS. 3 to 5, a dye-sensitized solar cell (DSSC) 200 may be connected to the
일 실시예에 있어서, 상기 광전극(100)에 연결되는 염료감응형 태양전지(200)는 제 2 기판(210), 태양전지 전극(300) 및 전해질(400)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the dye-sensitized solar cell 200 connected to the
상기 제 2 기판(210)은 유리기판 또는 투명 고분자 기판 등 투명기판 상에 투명한 전도성 필름과 같은 투명전극을 증착하여 형성할 수 있다.The second substrate 210 may be formed by depositing a transparent electrode such as a transparent conductive film on a transparent substrate such as a glass substrate or a transparent polymer substrate.
상기 제 2 기판(210)의 반대쪽 면에는 FTO 또는 금속 전극을 도포할 수 있다. 도포되는 금속은 예를 들면, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 가운데 선택된 하나 이상일 수 있다.FTO or a metal electrode may be applied to the opposite side of the second substrate 210. The applied metal is, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), magnesium (Mg), gold (Au), nickel (Ni), neodymium (Nd), iridium ( It may be at least one selected from Ir), chromium (Cr), lithium (Li), calcium (Ca), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tungsten (W), and copper (Cu).
염료감응 태양전지에서 사용되는 전해질(400)은 통상적으로 염료감응형 태양전지에서 산화, 환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 수행하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 보다 바람직하게는 통상의 요오드계 산화 및 환원 전해질을 사용할 수 있으며, 요오드를 아세토나이트릴에 용해시킨 용액 등을 사용할 수 있다. The electrolyte 400 used in the dye-sensitized solar cell is not particularly limited as long as it receives electrons from the counter electrode by oxidation or reduction in the dye-sensitized solar cell and transfers it to the dye, but more preferably An iodine-based oxidation and reduction electrolyte of can be used, and a solution in which iodine is dissolved in acetonitrile can be used.
일 실시예에 있어서, 상기 앞면의 광전극(100)과 뒷면의 태양전지 전극(300)은 제 2 기판(210)의 테두리면을 통해 전기적으로 연결된다. 상기 광전극(100)에서 형성된 전자 또는 정공은 제 2 기판(210)의 가장자리로 이동하여 태양전지 전극(300)으로 이동하게 된다. In one embodiment, the
본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 광전극의 제 2 전극을 태양전지 전극으로 사용하게 되면 전기적 손실을 줄일 수 있고, 자발적 수소생산의 효율을 높일 수 있다. When the second electrode of the photoelectrode according to an embodiment of the present disclosure is used as a solar cell electrode, electrical loss can be reduced and efficiency of spontaneous hydrogen production can be increased.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 기술의 실시예에 따른 관통비아를 갖는 광전극의 제조방법(S100)은, 제 1 기판에 관통홀을 제조하는 제 1 단계(S110), 상기 관통홀이 형성된 제 1 기판에 투명도전막을 형성하는 제 2 단계(S120), 상기 투명전도막이 형성된 제 1 기판에 광반응막을 형성하는 제 3 단계(S130), 상기 제 1 기판에 형성된 관통홀에 저저항 금속충진시켜 관통비아를 형성하는 제 4 단계(S140), 및 상기 관통비아가 형성된 제 1 기판의 반대쪽 면에 도전막을 형성하는 제 5 단계(S150)를 포함할 수 있으며, 이하 각각의 단계에 대해 설명한다. As shown in FIG. 7, a method of manufacturing a photoelectrode having a through via (S100) according to an embodiment of the technology disclosed in the present specification includes a first step (S110) of manufacturing a through hole in a first substrate, the through A second step (S120) of forming a transparent conductive film on the first substrate with a hole formed thereon (S120), a third step (S130) of forming a photoreactive film on the first substrate on which the transparent conductive film is formed, A fourth step (S140) of forming a through-via by filling a resistive metal, and a fifth step (S150) of forming a conductive film on the opposite surface of the first substrate on which the through-via is formed. Explain about it.
제 1 단계(S110)The first step (S110)
도 7을 참조하면, 제 1 기판에 관통홀을 제조하는 제 1 단계(S110)에서, 관통홀(140)은 제 1 기판(110)을 통과하여 구멍이 뚫린다. Referring to FIG. 7, in a first step (S110) of manufacturing a through hole in the first substrate, the through
제 1 기판(110)을 통과하는 관통홀은 제 1 기판(110)에서 관통홀(140)을 제조하기에 적합한 스탬핑, 기계적 드릴링, 레이저 드릴링, 파우더 블라스팅, 워터 젯팅 또는 임의의 다른 방법에 의해 제조될 수 있다.The through hole passing through the
제 2 단계(S120)The second step (S120)
관통홀이 형성된 제 1 기판에 투명도전막을 형성하는 제 2 단계(S120)로서, 도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 관통홀이 형성된 제 1 기판(110)에 반도체물질을 도포한다.As a second step (S120) of forming a transparent conductive film on a first substrate having a through hole, a semiconductor material is applied to the
제 1 기판(110) 상에 형성된 투명도전막(120)은 스퍼터링(Sputtering), 증착(Evaporation) 등의 건식 공정, 딥 코팅(Dip coating), 스핀 코팅(Spin coating), 롤 코팅(Roll coating), 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 습식 공정 또는 스크린 인쇄법(Screen Printing), 잉크젯 인쇄법(Inkjet Printing) 등의 다이렉트(direct) 패터닝 공정을 이용하여 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The transparent
제 3 단계(S130)The third step (S130)
투명전도막이 형성된 제 1 기판에 광반응막을 형성하는 제 3 단계(S130)로서, 도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 관통홀이 형성된 제 1 기판(110) 상에 광반응막(130)을 형성한다.As a third step (S130) of forming a photoreactive film on the first substrate on which the transparent conductive film is formed, as exemplarily shown in FIG. 7, the
투명도전막(120) 상에 형성된 광반응막(130)은 스퍼터링(Sputtering), 증착(Evaporation) 등의 건식 공정, 딥 코팅(Dip coating), 스핀 코팅(Spin coating), 롤 코팅(Roll coating), 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 습식 공정 또는 스크린 인쇄법(Screen Printing), 잉크젯 인쇄법(Inkjet Printing) 등의 다이렉트(direct) 패터닝 공정을 이용하여 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The
제 4 단계(S140)The fourth step (S140)
제 1 기판에 형성된 관통홀에 저저항 금속을 충진시켜 관통비아를 형성하는 제 4 단계(S140)로서, 도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제 1 기판(110)을 통과하는 관통홀(140) 내에 저저항 금속을 도금하여 관통비아(150)을 형성한다.As a fourth step (S140) of forming a through via by filling the through hole formed in the first substrate with a low-resistance metal, as illustrated in FIG. 7, the through hole passing through the first substrate 110 ( A through-
관통홀(140) 내에 설치된 관통비아(150)는 상기 제 1 기판(110)에 형성된 상기 관통홀(140)에 저저항 금속을 충진시켜 형성된다. 관통비아(150)는 상기 관통홀(140)을 완전히 채울 수도 있고, 일부만 채울 수도 있다.The through-via 150 installed in the through-
상기 저저항 금속을 충진키는 방법은 임의의 적합한 공정, 예를 들면, 전기 도금법, 무전해 도금법, 침지 도금법, 물리적 증착법, 화학적 증착법, 플라즈마 증착법 또는 금속 분무법 등의 임의의 적합한 공정에 의해 충진될 수 있다. The method of filling the low-resistance metal may be filled by any suitable process, for example, an electroplating method, an electroless plating method, an immersion plating method, a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a plasma vapor deposition method, or a metal spray method. I can.
제 5 단계(S150)The fifth step (S150)
관통비아가 형성된 제 1 기판의 반대쪽 면에 도전막을 형성하는 제 5 단계(S150)로서, 도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 도전막(160)은 상기 제 1 기판(110)의 일면에 형성된다.As a fifth step (S150) of forming a conductive film on the opposite side of the first substrate on which the through via is formed, as exemplarily shown in FIG. 7, the conductive film 160 is formed on one side of the
관통비아(150)가 형성된 제 1 기판(110)의 반대쪽 면에 형성된 도전막(160)은 스퍼터링(Sputtering), 증착(Evaporation) 등의 건식 공정, 딥 코팅(Dip coating), 스핀 코팅(Spin coating), 롤 코팅(Roll coating), 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 습식 공정 또는 스크린 인쇄법(Screen Printing), 잉크젯 인쇄법(Inkjet Printing) 등의 다이렉트(direct) 패터닝 공정, 레이저리소그래피, 전사공정, 리프트오프 공정 등을 이용하여 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The conductive film 160 formed on the opposite side of the
이하, 본 명세서에 개시된 기술의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 명세서에 개시된 기술의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 명세서에 개시된 기술의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 개시된 기술의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments will be described in detail to aid in understanding the technology disclosed in the present specification. However, the following examples are merely illustrative of the content of the technology disclosed in the present specification, and the scope of the technology disclosed in the present specification is not limited to the following examples. Embodiments of the technology disclosed in the present specification are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.
실시예 1: 관통비아를 갖는 광전극 제조Example 1: Manufacture of photoelectrode having through via
광전극용 기판으로서 유리 기판 (Corning, 재질: glass 두께 2.2cm)을 준비하였다. 이어서, 유리 기판에 직경 25mm의 관통홀을 100mm 의 간격으로 레이저 가공으로 제조하였다. 그런 다음, 유리 기판에 FTO를 도포(스퍼터링[Sputtering]법 이용)한 후, 기판을 500 ℃에서 30 분간 열처리하여 투명도전막(두께: 700nm)을 형성시켰다. 이어서, WO3를 도포(스퍼터링[Sputtering]법 이용)한 후, 기판을 500 ℃에서 120 분간 열처리하여 광반응막(두께: 30nm)을 형성시켰다. 그런 다음, 유리 기판에 형성된 관통홀에 구리를 전해도금하여 관통비아를 형성시켰다. As a substrate for a photoelectrode, a glass substrate (Corning, material: glass thickness of 2.2cm) was prepared. Subsequently, through-holes having a diameter of 25 mm were prepared in the glass substrate by laser processing at intervals of 100 mm. Then, after FTO was applied to the glass substrate (using a sputtering method), the substrate was heat-treated at 500° C. for 30 minutes to form a transparent conductive film (thickness: 700 nm). Subsequently, after coating WO 3 (using a sputtering method), the substrate was heat-treated at 500° C. for 120 minutes to form a photoreactive film (thickness: 30 nm). Then, a through via was formed by electroplating copper in the through hole formed in the glass substrate.
이어서, 유리 기판의 반대쪽 면에 FTO를 도포(스퍼터링[Sputtering]법 이용)한 후, 기판을 500 ℃에서 30 분간 열처리하여 도전막(두께: 700nm)을 형성시켜 광전극을 제조하였다.Subsequently, after FTO was applied to the opposite side of the glass substrate (using a sputtering method), the substrate was heat-treated at 500° C. for 30 minutes to form a conductive film (thickness: 700 nm) to prepare a photoelectrode.
실시예 2: 염료감응형 태양전지에 연결된 관통비아를 갖는 광전극 제조Example 2: Fabrication of a photoelectrode having a through-via connected to a dye-sensitized solar cell
실시예 1과 동일한 조건 및 공정으로 제조된 광전극을 준비하였다. 이어서, 태양전지용 기판으로서 유리 기판 (Corning, 재질: glass, 두께 2.2cm)을 준비하였다. 이어서, 유리 기판에 FTO를 도포(스퍼터링[Sputtering]법 이용)한 후, 기판을 500 ℃에서 30 분간 열처리하여 태양전지 전극을 제조하였다. A photoelectrode manufactured under the same conditions and processes as in Example 1 was prepared. Subsequently, a glass substrate (Corning, material: glass, thickness 2.2 cm) was prepared as a substrate for a solar cell. Subsequently, after FTO was applied to the glass substrate (using a sputtering method), the substrate was heat-treated at 500° C. for 30 minutes to prepare a solar cell electrode.
도 3에 도시된 바와 같이, 광전극의 도전막과 태양전지의 유리기판이 대향하도록 배치하여 광전극에 태양전지를 전기적으로 연결하였다.As shown in FIG. 3, the solar cell was electrically connected to the photoelectrode by arranging the conductive film of the photoelectrode to face the glass substrate of the solar cell.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광전극의 도전막과 태양전지의 유리기판이 이격 대향하도록 배치하여 광전극에 태양전지를 전기적으로 연결하였다.In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, the solar cell was electrically connected to the photoelectrode by disposing the conductive film of the photoelectrode and the glass substrate of the solar cell so as to face each other.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 명세서에 개시된 기술의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the present invention has been described in detail above, the scope of the rights of the technology disclosed in the present specification is not limited thereto, and various modifications and variations are possible within the scope not departing from the technical spirit of the technology disclosed in the present specification described in the claims. This will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100: 광전극
110: 제 1 기판
120: 투명도전막
130: 광반응막
140: 관통홀
150: 관통비아
160: 도전막
200: 태양전지
210: 제 2 기판
300: 태양전지 전극
400: 전해질100: photoelectrode
110: first substrate
120: transparent conductive film
130: photoreactive film
140: through hole
150: through via
160: conductive film
200: solar cell
210: second substrate
300: solar cell electrode
400: electrolyte
Claims (10)
상기 제 1 기판 상에 형성된 투명도전막;
상기 투명도전막 상에 형성된 광반응막;
상기 제 1 기판을 통과하는 복수의 관통홀 내에 설치된 관통비아; 및
상기 관통비아가 형성된 제 1 기판의 반대쪽 면에 형성된 도전막을 포함하는, 관통비아를 갖는 광전극.A first substrate;
A transparent conductive film formed on the first substrate;
A photoreactive film formed on the transparent conductive film;
A through via provided in a plurality of through holes passing through the first substrate; And
A photoelectrode having a through-via, comprising a conductive film formed on an opposite surface of the first substrate on which the through-via is formed.
상기 광전극은 애노드용인, 관통비아를 갖는 광전극.The method of claim 1,
The photoelectrode is for an anode, and a photoelectrode having a through via.
상기 관통비아는 상기 관통홀을 완전히 채우는, 관통비아를 갖는 광전극.The method of claim 1,
The through-via completely fills the through-hole, and the photoelectrode having a through-via.
상기 관통비아는 상기 관통홀을 일부만 채우는, 관통비아를 갖는 광전극.The method of claim 1,
The through-via is a photoelectrode having a through-via that partially fills the through-hole.
상기 관통비아는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 가운데 선택된 하나 이상의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 이루어지는, 관통비아를 갖는 광전극.The method of claim 1,
The through vias are aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), magnesium (Mg), gold (Au), nickel (Ni), neodymium (Nd), iridium (Ir), chromium (Cr), lithium (Li), calcium (Ca), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tungsten (W), copper (Cu) consisting of one or more metals selected from or an alloy containing them, having a through via Photoelectrode.
상기 관통홀의 직경은 5um 내지 250um인 것을 특징으로 하는 관통비아를 갖는 광전극.The method of claim 1,
The photoelectrode having a through via, characterized in that the diameter of the through hole is 5um to 250um.
상기 복수의 관통홀의 간격은 10um 내지 500um인 것을 특징으로 하는 관통비아를 갖는 광전극.The method of claim 1,
The photoelectrode having a through-via, characterized in that the spacing of the plurality of through-holes is 10um to 500um.
제 1 기판에 관통홀을 제조하는 제 1 단계;
상기 관통홀이 형성된 제 1 기판에 투명도전막을 형성하는 제 2 단계;
상기 투명전도막이 형성된 제 1 기판에 광반응막을 형성하는 제 3 단계;
상기 제 1 기판에 형성된 관통홀에 저저항 금속충진시켜 관통비아를 형성하는 제 4 단계; 및
상기 관통비아가 형성된 제 1 기판의 반대쪽 면에 도전막을 형성하는 제 5 단계를 포함하는
관통비아를 갖는 광전극 제조방법.As a method of manufacturing a photoelectrode having a through via,
A first step of manufacturing a through hole in a first substrate;
A second step of forming a transparent conductive film on the first substrate in which the through hole is formed;
A third step of forming a photoreactive film on the first substrate on which the transparent conductive film is formed;
A fourth step of forming a through via by filling the through hole formed in the first substrate with a low-resistance metal; And
Including a fifth step of forming a conductive film on the opposite surface of the first substrate on which the through via is formed
A method of manufacturing a photoelectrode having a through via.
상기 도전막에 염료감응형 태양전지(DSSC)의 태양전지 전극을 연결하는 단계를 포함하는 관통비아를 갖는 광전극 제조방법.The method of claim 9,
A method of manufacturing a photoelectrode having a through-via comprising connecting a solar cell electrode of a dye-sensitized solar cell (DSSC) to the conductive film.
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