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KR101364446B1 - Photoelectrode for dye-sensitized solar cell, preparing method of the same, and dye-sensitized solar cell including the same - Google Patents

Photoelectrode for dye-sensitized solar cell, preparing method of the same, and dye-sensitized solar cell including the same Download PDF

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Publication number
KR101364446B1
KR101364446B1 KR1020120087479A KR20120087479A KR101364446B1 KR 101364446 B1 KR101364446 B1 KR 101364446B1 KR 1020120087479 A KR1020120087479 A KR 1020120087479A KR 20120087479 A KR20120087479 A KR 20120087479A KR 101364446 B1 KR101364446 B1 KR 101364446B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
transition metal
dye
solar cell
sensitized solar
Prior art date
Application number
KR1020120087479A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
문준혁
하수진
Original Assignee
서강대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교산학협력단 filed Critical 서강대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a photo electrode for a dye-sensitized solar cell using a porous transition metal oxide structure including metal nanoparticles, a preparing method of the same, and a dye-sensitized solar cell including the same. According to the present invention, a solar cell with improved efficiency can be prepared by increasing a light absorption efficiency due to a plasmon effect of the metal nanoparticles, and a thickness controlled dye-sensitized solar cell can be prepared by forming and applying colloid crystals in water by applying a spin coating of colloid particles or a casting method. [Reference numerals] (S100) Form colloid crystals on a conductive transparent substrate; (S200) Form a first transition metal oxide porous layer by selectively removing the colloid crystals by sintering after injecting a solution containing first transition metal oxide particles and metal nanoparticles inside a colloid crystal layer; (S300) Form a second transition metal oxide layer on the first transition metal oxide layer by coating the first transition metal oxide porous layer with a solution containing second transition metal oxide precursor; (S400) Adsorb photosensitive dye on the coated first transition metal oxide porous layer

Description

염료감응 태양전지용 광전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지{PHOTOELECTRODE FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, PREPARING METHOD OF THE SAME, AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELL INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell, a method for producing the same, and a dye-sensitized solar cell comprising the same. BACKGROUND ART [0002]

본원은, 염료감응 태양전지용 광전극, 그의 제조 방법, 및 그를 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
The present application relates to a dye-sensitized solar cell photoelectrode, a manufacturing method thereof, and a dye-sensitized solar cell including the same.

일반적으로 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변화시키는 소자이다. 태양전지는 무한한 에너지원인 태양광을 이용해 전기를 생산하는 것으로서, 이미 우리 생활에 널리 이용되고 있는 실리콘 태양전지가 대표적이며, 최근 차세대 태양전지로 염료감응 태양전지가 연구되고 있다.In general, solar cells are devices that convert solar energy into electrical energy. A solar cell produces electricity by using solar energy, which is an infinite energy source. Representative is a silicon solar cell which has already been widely used in our life. Recently, a dye-sensitized solar cell is being studied as a next generation solar cell.

염료감응 태양전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 대표적이며 [미국등록특허 제 5350644호], 구조는 두 개의 전극 중 하나의 전극은 염료가 흡착되어 있는 반도체 산화물층이 형성된 전도성 투명 기재를 포함하는 광전극이며, 상기 두 개의 전극 사이의 공간에는 전해질이 채워져 있다. 작동 원리를 살펴보면, 태양 에너지가 반도체 산화물 전극에 흡착된 염료에 의해 흡수됨으로써 광전자가 발생하며, 상기 광전자는 반도체 산화물 층을 통해 전도되어 투명 전극이 형성된 전도성 투명 기재에 전달되고, 전자를 잃어 산화된 염료는 전해질에 포함된 산화-환원 쌍에 의해 환원된다. 한편, 외부 전선을 통하여 반대편 전극(상대전극)에 도달한 전자는 산화된 전해질의 산화-환원 쌍을 다시 환원 시켜 작동 과정이 완성된다. The dye-sensitized solar cell is a typical one disclosed by Gratzel et al. In Switzerland [US Pat. No. 5,350,644]. In the structure, one of the two electrodes is a transparent conductive transparent electrode having a semiconductor oxide layer on which a dye is adsorbed And a space between the two electrodes is filled with an electrolyte. The photoelectrons are transferred through the semiconductor oxide layer to the conductive transparent substrate where the transparent electrode is formed, and the electrons are lost and oxidized. The dye is reduced by an oxidation-reduction pair contained in the electrolyte. On the other hand, the electrons reaching the opposite electrode (counter electrode) through the external electric wire are reduced in oxidation-reduction pair of the oxidized electrolyte to complete the operation process.

염료감응 태양전지에서 산화물 전극은 일반적으로 다공성 메조기공을 갖는 이산화티타늄 전극이 많이 사용되며, 일반적으로 이산화티타늄 나노입자를 코팅하여 얻어진다. 메조기공은 비표면적을 증가시켜 염료흡착을 증가시켜 궁극적으로 광-전기 변환효율을 높일 수 있다. In the dye-sensitized solar cell, the oxide electrode is generally made of a titanium dioxide electrode having porous mesopores and is generally obtained by coating titanium dioxide nanoparticles. The mesopore increases the specific surface area, thereby increasing the dye adsorption and ultimately increasing the photoelectric conversion efficiency.

다공성 이산화티타늄 구조체의 제조는 나노입자의 코팅뿐만 아니라 최근에 주형법을 통해서도 이루어지고 있으며, 주형법은 계면활성제 및 고분자 나노입자 등의 자기조립을 통해 틀을 만들고, 이산화티타늄을 주입하고, 틀을 제거하여 다공성 이산화티타늄 구조를 획득하는 방법이다 [Advanced Functional Materials 2009, 19, p1913-1099]. 그러나, 이러한 방법은 기공 제어의 재현성이 떨어지며 또한 비교적 오랜 시간(수시간)의 기공형성의 시간이 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 구조의 부피 분율이 낮아 기계적 강도가 낮고 또한 전자의 이동이 지연될 가능성이 있다. The porous titanium dioxide structure can be prepared not only by coating the nanoparticles but also by the casting method. The casting method is a method of forming a frame through self-assembly of a surfactant and a polymer nanoparticle, injecting titanium dioxide, To obtain a porous titanium dioxide structure [Advanced Functional Materials 2009, 19, p1913-1099]. However, this method has a problem in that reproducibility of pore control is inferior and a time for pore formation of a relatively long time (several hours) is required. In addition, there is a possibility that the volume fraction of the structure is low, the mechanical strength is low, and the movement of electrons is delayed.

이에 추가하여 나노 크기의 금속 입자를 포함한 전극은 전극 내 생성된 전자의 이용을 용이하게 함으로써 태양전지의 전류밀도를 증가시킬 수 있는 것으로 보고 되었다. 특히, Au, Ag등의 나노입자를 포함하는 경우 플라즈몬 효과에 의해 빛 흡수효율(light harvesting efficiency)을 증가시켜 궁극적으로 태양전지 효율을 향상시킬 수 있는 것으로 보고되었다 그러나, 기존의 방식은 나노 크기의 금속 입자를 상기 효과가 유효할 수 있도록 반도체 산화물로 금속을 표면 코팅 후 적용하는데 이 방법은 원자층 증착 (Atomic Layer deposition) 또는 화학 습식 증착(Chemical vapor deposition) 방법을 통해 제작될 경우 제작된 셀의 단가가 증가할 뿐 아니라 공정 과정의 추가로 불리한 점이 있다.
In addition, it has been reported that an electrode including nano-sized metal particles can increase the current density of a solar cell by facilitating the use of electrons generated in the electrode. In particular, it is reported that the nanoparticles, such as Au and Ag, can increase the light harvesting efficiency by the plasmon effect and ultimately improve the solar cell efficiency. The metal particles are applied after surface coating with a semiconductor oxide so that the above effect is effective. This method is applied to the fabricated cell when manufactured by atomic layer deposition or chemical vapor deposition. Not only does the cost increase, but there are disadvantages in addition to the process.

이에, 본원은, 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체를 이용한 염료감응 태양전지용 광전극, 그의 제조 방법, 및 그를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present application is to provide a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell using a porous transition metal oxide structure containing a metal nanoparticle, a manufacturing method thereof, and a dye-sensitized solar cell including the same.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 전도성 투명 기재 상에 콜로이드 결정층을 형성하는 단계; 상기 콜로이드 결정층 내로 제 1 전이금속 산화물 입자 및 금속 나노입자를 함유하는 용액을 주입한 후 소결하여 상기 콜로이드 결정층을 선택적으로 제거함으로써 금속 나노입자를 함유하는 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 형성하는 단계; 및 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액을 이용하여 상기 제 1 전이금속 산화물층을 제 2 전이금속 산화물층에 의하여 코팅하여 금속 나노입자를 함유하는 다공성 전이금속 산화물 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a display device, comprising: forming a colloidal crystal layer on a conductive transparent substrate; Forming a porous first transition metal oxide layer containing metal nanoparticles by injecting a solution containing a first transition metal oxide particle and a metal nanoparticle into the colloidal crystal layer and then sintering to selectively remove the colloidal crystal layer. step; And coating the first transition metal oxide layer with a second transition metal oxide layer using a second transition metal oxide precursor-containing solution to form a porous transition metal oxide structure containing metal nanoparticles. Provided is a method of manufacturing a photoelectrode for a sensitized solar cell.

본원의 제 2 측면은, 전도성 투명 기재, 상기 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하며, 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체는 금속 나노입자가 함유된 제 1 전이금속 산화물층 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층을 포함하는 것인 염료감응 태양전지용 광전극을 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes a conductive transparent substrate, a porous transition metal oxide structure including metal nanoparticles formed on the conductive transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed on the porous transition metal oxide structure, wherein the porous transition metal The oxide structure provides a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell comprising a first transition metal oxide layer containing a metal nanoparticle and a second transition metal oxide layer coated on the first transition metal oxide layer.

본원의 제 3 측면은, 광전극, 상기 광전극에 대향되는 상대전극, 및 상기 두 개의 전극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 광전극은, 전도성 투명 기재, 상기 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하며, 상기 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체는 제 1 전이금속 산화물층 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층을 포함하는 것인 염료감응 태양전지를 제공한다.
The third aspect of the present application, in the dye-sensitized solar cell comprising a photoelectrode, a counter electrode facing the photoelectrode, and an electrolyte positioned between the two electrodes, the photoelectrode is a conductive transparent substrate, the conductive A porous transition metal oxide structure comprising metal nanoparticles formed on a transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed to the porous transition metal oxide structure, the porous transition metal oxide structure comprising the metal nanoparticles is a first transition metal It provides a dye-sensitized solar cell comprising an oxide layer and a second transition metal oxide layer coated on the first transition metal oxide layer.

본원에 따르면, 첫째, 금속 나노입자(nanoparticle)의 플라즈몬 효과에 의해 광흡수 효율을 증가시켜 향상된 효율의 태양전지 제조가 가능하다. According to the present invention, first, by increasing the light absorption efficiency by the plasmon effect of the metal nanoparticles (nanoparticle) it is possible to manufacture a solar cell of improved efficiency.

둘째, 콜로이드 입자의 스핀코팅 또는 캐스팅 방법을 적용하여 수 분 내에 콜로이드 결정을 형성하고 이를 적용하여 두께가 제어된 염료감응 태양전지용 전극 제조가 가능하다. Second, by applying a spin coating or casting method of the colloidal particles to form a colloidal crystal within a few minutes it is possible to manufacture the electrode for a dye-sensitized solar cell having a controlled thickness.

셋째, 전이금속 산화물 코팅에 의한 후처리 과정을 거침으로써 효율을 증가시킬 수 있고, 수십-수 마이크로미터의 기공 크기의 제어가 가능하여, 점성이 높은 고분자 또는 고체 전해질의 침투에 효율적인 통로를 제공하여 장기 안정성이 향상된 염료감응 태양전지의 제조가 가능하다. Third, the efficiency can be increased by the post-treatment process by the transition metal oxide coating, and the pore size of several tens of micrometers can be controlled, thereby providing an efficient passage for the penetration of highly viscous polymer or solid electrolyte. It is possible to manufacture dye-sensitized solar cells with improved long-term stability.

넷째, 다공성 전이금속 산화물 구조체의 넓은 비표면적을 이용하여 감광성 염료를 흡착시켜 염료감응형 태양전지용 광전극으로서 효율적으로 사용할 수 있다. Fourth, the photosensitive dye can be adsorbed using the large specific surface area of the porous transition metal oxide structure, so that it can be efficiently used as a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.

본원자들은 종래의 나노 크기의 금속 입자를 표면 코팅 후 반도체 산화물을 포함하는 태양전지 전극 구조에 적용하는 방법이 아닌, 반도체 산화물을 포함하는 태양전지 전극에 표면 처리 되어 있지 않은 나노 크기의 금속 입자를 포함시킨 후, 후처리(post-treatment)를 통해 태양전지를 제작하는 기술을 적용하여, 이것을 통하여 금속 입자를 코팅하는 과정을 생략함으로써 공정성을 높일 수 있다. 후처리는 원자 층 증착 기술이나 화학습식증착법이 아닌 화학적 용액성장법(CBD)을 이용함으로써 과정이 간단할 뿐 아니라 가격적인 측면에서 유리한 장점을 갖는다.
The present inventors do not apply the conventional nano-sized metal particles to the solar cell electrode structure including the semiconductor oxide after surface coating, but the nano-sized metal particles not surface-treated on the solar cell electrode including the semiconductor oxide. After the inclusion, a technique of manufacturing a solar cell through post-treatment may be applied, thereby improving processability by omitting the process of coating metal particles therethrough. The post-treatment is advantageous in terms of cost as well as simple process by using chemical solution growth method (CBD) rather than atomic layer deposition technique or chemical wet deposition method.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 광전극의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본원의 일 구현예에 따른 광전극의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 광전극을 포함하는 염료감응 태양전지의 구조의 개략도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따라 합성된 100 nm 이하의 콜로이드 상의 금 나노입자 사진이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 (a) 폴리스타이렌을 통한 오팔 희생구조체 (b) 금 나노입자를 포함하는 폴리스타이렌 구조체, (c) 금 나노입자를 함유하는 다공성 제 1 전이금속 산화물층, 및 (d) 다공성 제 1 전이금속 산화물층에 제 2 전이금속 산화물층 코팅된 다공성 전이금속 산화물 구조체의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 이산화티타늄 용액에 콜로이드 상태의 금 나노입자를 일정 비율로 첨가한 후, 적외선영역에서 자외선영역까지의 빛 흡수 정도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 금 나노입자가 포함된 것과 포함되지 역전오팔구조의 태양전지에 해당하는 결과 값으로 AM 1.5, 100 mW/cm2 조건에서 전류밀도 전압 충진계수 및 에너지 변환효율에 해당하는 값을 나타내는 그래프이다: (A)는 금 나노입자를 포함하지 않은 역전오팔구조의 전극을 제작하여 만든 태양전지, (B)는 금 나노입자를 포함하고 있는 역전오팔구조의 전극을 제작하여 만든 태양전지를 나타낸다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 금 나노입자를 포함한 전극과 금 나노입자를 포함하지 않은 전극의 자외선에서 적외선 영역에 이르기까지의 파장에 따른 흡수 정도를 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photoelectrode according to an exemplary embodiment of the present application.
2A to 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a photoelectrode according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
3 is a schematic diagram of a structure of a dye-sensitized solar cell including a photoelectrode according to an embodiment of the present application.
4 is a photograph of gold nanoparticles on a colloid of 100 nm or less synthesized according to one embodiment of the present application.
5 is (a) an opal sacrificial structure through polystyrene (b) a polystyrene structure comprising gold nanoparticles, (c) a porous first transition metal oxide layer containing gold nanoparticles, and ( d) An electron micrograph of the porous transition metal oxide structure coated with the second transition metal oxide layer on the porous first transition metal oxide layer is shown.
6 is a graph showing the degree of light absorption from the infrared region to the ultraviolet region after adding gold nanoparticles in a colloidal state to a titanium dioxide solution according to an embodiment of the present invention at a predetermined ratio.
FIG. 7 shows current values of voltage filling coefficient and energy conversion efficiency under conditions of AM 1.5 and 100 mW / cm 2 as a result corresponding to those containing gold nanoparticles according to an embodiment of the present application and not including the reverse opal solar cell. (A) is a solar cell made of a reverse opal structure electrode containing no gold nanoparticles, and (B) a reverse opal structure electrode containing gold nanoparticles. Represents a solar cell made by.
8 is a graph showing the degree of absorption according to the wavelength from the ultraviolet to the infrared region of the electrode including the gold nanoparticles and the electrode containing no gold nanoparticles according to an embodiment of the present application.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 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. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원의 제 1 측면은, 전도성 투명 기재 상에 콜로이드 결정층을 형성하는 단계; 상기 콜로이드 결정층 내로 제 1 전이금속 산화물 입자 및 금속 나노입자를 함유하는 용액을 주입한 후 소결하여 상기 콜로이드 결정층을 선택적으로 제거함으로써 금속 나노입자를 함유하는 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 형성하는 단계; 및 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액을 이용하여 상기 제 1 전이금속 산화물층을 제 2 전이금속 산화물층에 의하여 코팅하여 금속 나노입자를 함유하는 다공성 전이금속 산화물 구조체를 형성하는 단계를 포함하는, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a display device, comprising: forming a colloidal crystal layer on a conductive transparent substrate; Forming a porous first transition metal oxide layer containing metal nanoparticles by injecting a solution containing a first transition metal oxide particle and a metal nanoparticle into the colloidal crystal layer and then sintering to selectively remove the colloidal crystal layer. step; And coating the first transition metal oxide layer with a second transition metal oxide layer using a second transition metal oxide precursor-containing solution to form a porous transition metal oxide structure containing metal nanoparticles. Provided is a method of manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액에 침지시켜 상기 제 1 전이금속 산화물층에 제 2 전이금속 산화물 전구체를 도포한 후 소결하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 소결은 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, sintering after applying the second transition metal oxide precursor to the first transition metal oxide layer by immersing the porous first transition metal oxide layer in a second transition metal oxide precursor-containing solution. It may be included, but is not limited thereto. For example, the sintering may be performed at a temperature of about 400 ° C. to about 600 ° C., but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체를 형성한 후 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 감광성 염료를 흡착시키는 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, after forming the porous transition metal oxide structure may further include the step of adsorbing the photosensitive dye on the porous transition metal oxide structure, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전이금속 산화물은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the first transition metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, And an oxide semiconductor of a metal selected from the group consisting of combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 전이금속 산화물은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the second transition metal oxide is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, And an oxide semiconductor of a metal selected from the group consisting of combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전이금속 산화물 입자의 크기는 약 100 nm 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 1 전이금속 산화물 입자의 크기는 약 100 nm 이하, 약 90 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 70 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 40 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 15 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to an embodiment of the present invention, the size of the first transition metal oxide particle may be about 100 nm or less, but is not limited thereto. For example, the size of the first transition metal oxide particle may be less than about 100 nm, less than about 90 nm, less than about 80 nm, less than about 70 nm, less than about 60 nm, less than about 50 nm, less than about 40 nm, About 10 nm to about 50 nm, about 10 nm to about 40 nm, about 10 nm to about 30 nm, about 10 nm to about 20 nm, or about 10 nm To about 15 < RTI ID = 0.0 > nm, < / RTI >

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 전이금속 산화물층의 두께는 상기 제 2 전이금속 산화물 전구체- 함유 용액의 농도 또는 상기 침지 시간에 의하여 조절될 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the thickness of the second transition metal oxide layer may be controlled by the concentration of the second transition metal oxide precursor-containing solution or the immersion time, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 전이금속 산화물층은 약 500 nm 이하의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 2 전이금속 산화물층은 약 500 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 200 nm 의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present invention, the second transition metal oxide layer may have a thickness of about 500 nm or less, but is not limited thereto. For example, the second transition metal oxide layer may be about 500 nm or less, about 400 nm or less, about 300 nm or less, about 200 nm or less, about 100 nm or less, about 100 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 300 nm, or about 100 nm to about 200 nm in thickness, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정층은, 휘발성 용매에 콜로이드 입자가 분산되어 있는 콜로이드 용액을 상기 전도성 투명 기재 상에 도포하는 것을 포함하는 공정에 의하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the colloidal crystal layer may be formed by a process including applying a colloid solution in which colloidal particles are dispersed in a volatile solvent on the conductive transparent substrate, but the present invention is not limited thereto no.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정층은, 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메싸크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠(PS/DVB = polystyrene/divinylbenzene), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA), 또는 이들의 조합을 함유하는 콜로이드 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the colloidal crystal layer, polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / polydivinylbenzene (PS / DVB = polystyrene / divinylbenzene), polyamide, poly (butyl It may include, but is not limited to, colloidal particles containing methacrylate-divinylbenzene) (PBMA), or a combination thereof.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 입자의 크기는 약 100 nm 내지 약 5 ㎛ 이하, 약 100 nm 내지 약 4 ㎛ 이하, 또는 약 100 nm 내지 약 3 ㎛, 약 100 nm 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 100 nm 내지 약 1 ㎛ 이하, 약 200 nm 내지 약 5 ㎛ 이하, 약 200 nm 내지 약 4 ㎛ 이하, 또는 약 200 nm 내지 약 3 ㎛ 이하, 약 200 nm 내지 약 2 ㎛ 이하, 또는 약 200 nm 내지 약 1 ㎛ 이하의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the colloidal particles have a size of about 100 nm to about 5 μm, about 100 nm to about 4 μm, or about 100 nm to about 3 μm, about 100 nm to about 2 μm, About 100 nm to about 1 μm or less, about 200 nm to about 5 μm or less, about 200 nm to about 4 μm or less, or about 200 nm to about 3 μm or less, about 200 nm to about 2 μm or less, or about 200 nm To about 1 μm or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the metal nanoparticles may include a metal selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), and combinations thereof, but is not limited thereto. .

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 약 100 nm 이하, 약 90 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 70 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하, 또는 약 10 nm 이하의 직경을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본원의 일 구현예에 따라 금 나노입자를 형성할 수 있는 전구체를 포함하는 트라이하이드레이트 수용액과 전구체를 콜로이드 입자 상태로 합성시켜주는 물질인 시트르산삼나트륨을 통해 합성되는데, 상기 두 물질의 비율에 따라 합성되는 금속 나노입자의 크기가 조절될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present invention, the metal nanoparticles are about 100 nm or less, about 90 nm or less, about 80 nm or less, about 70 nm or less, about 60 nm or less, about 50 nm or less, about 40 nm or less, about 30 nm or less, about 20 nm or less, or about 10 nm or less, but is not limited thereto. For example, according to one embodiment of the present application is synthesized through a trihydrate aqueous solution containing a precursor capable of forming gold nanoparticles and trisodium citrate, a material for synthesizing the precursor in the form of colloidal particles, The size of the metal nanoparticles synthesized according to the ratio may be adjusted, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 상기 금속을 포함하는 전구체를 이용하여 상기 금속 나노입자를 포함하는 콜로이드 용액의 형태로 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노입자 전구체로 금 나노입자를 사용할 경우, 골드 클로라이드 트라이하이드레이트 또는 금 수산화물을 함유하는 전구체를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the metal nanoparticles may be prepared in the form of a colloidal solution including the metal nanoparticles using the precursor including the metal, but is not limited thereto. For example, in one embodiment of the present application, when using gold nanoparticles as the metal nanoparticle precursor, it may be to use a precursor containing gold chloride trihydrate or gold hydroxide, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전이금속 산화물 입자 및 금속 나노입자를 함유하는 용액 중 상기 금속 나노입자의 함량은 약 30 중량% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 나노입자의 함량은 약 30 중량% 이하, 약 20 중량% 이하, 약 10 중량% 이하, 약 5 중량% 이하, 또는 약 1 중량% 내지 약 30 중량% 이하의 함량으로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 전이금속 산화물 입자 및 금속 나노입자를 함유하는 용액 중 상기 제 1 전이금속 산화물 입자의 함량은 상기 금속 나노입자의 함량을 제외한 양일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the content of the metal nanoparticles in the solution containing the first transition metal oxide particles and metal nanoparticles may be about 30% by weight or less, but is not limited thereto. For example, the content of the metal nanoparticles may be included in an amount of about 30 wt% or less, about 20 wt% or less, about 10 wt% or less, about 5 wt% or less, or about 1 wt% to about 30 wt% or less. It may be, but is not limited thereto. The content of the first transition metal oxide particles in the solution containing the first transition metal oxide particles and the metal nanoparticles may be an amount excluding the content of the metal nanoparticles, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 전이금속 산화물층의 두께는 상기 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액의 농도 또는 상기 코팅하는 시간에 의하여 조절될 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the thickness of the second transition metal oxide layer may be controlled by the concentration of the second transition metal oxide precursor-containing solution or the coating time, but is not limited thereto. .

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 전이금속 산화물층은 약 500 nm 이하의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 2 전이금속 산화물층은 약 500 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 150 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 200 nm 의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present invention, the second transition metal oxide layer may have a thickness of about 500 nm or less, but is not limited thereto. For example, the second transition metal oxide layer may be about 500 nm or less, about 400 nm or less, about 300 nm or less, about 200 nm or less, about 150 nm or less, about 100 nm or less, about 100 nm to about 500 nm, It may have a thickness of about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 300 nm, or about 100 nm to about 200 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 복합 산화물 구조체의 기공은 상기 사용되는 상기 콜로이드 입자의 크기에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 복합 산화물 구조체의 기공은 약 100 nm 내지 약 5 ㎛ 이하, 약 100 nm 내지 약 4 ㎛ 이하, 또는 약 100 nm 내지 약 3 ㎛ 이하, 약 100 nm 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 100 nm 내지 약 1 ㎛ 이하, 약 200 nm 내지 약 5 ㎛ 이하, 약 200 nm 내지 약 4 ㎛ 이하, 또는 약 200 nm 내지 약 3 ㎛ 이하, 약 200 nm 내지 약 2 ㎛ 이하, 또는 약 200 nm 내지 약 1 ㎛ 이하의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the pores of the porous composite oxide structure may be adjusted according to the size of the colloidal particles used. For example, the pores of the porous composite oxide structure may have a pore size of about 100 nm to about 5 μm, about 100 nm to about 4 μm or less, or about 100 nm to about 3 μm or less, about 100 nm to about 2 μm or less, about 100 nm to about 1 μm or less, about 200 nm to about 5 μm or less, about 200 nm to about 4 μm or less, or about 200 nm to about 3 μm or less, about 200 nm to about 2 μm or less, or about 200 nm to It may have a size of about 1 μm or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정층을 형성하기 전에 상기 전도성 투명 기재 상에 차단층을 형성하는 것을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the present application, it may further include forming a blocking layer on the conductive transparent substrate before forming the colloidal crystal layer, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 전도성 투명 기재, 상기 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하며, 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체는 금속 나노입자가 함유된 제 1 전이금속 산화물층 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극을 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes a conductive transparent substrate, a porous transition metal oxide structure including metal nanoparticles formed on the conductive transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed on the porous transition metal oxide structure, wherein the porous transition metal The oxide structure provides a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell comprising a first transition metal oxide layer containing a metal nanoparticle and a second transition metal oxide layer coated on the first transition metal oxide layer.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는 염료감응 태양전지용 광전극을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, it may be to include a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell manufactured by the method according to the first aspect of the present application, but is not limited thereto.

상기 본원의 제 1 측면에 대하여 기재된 내용은 모두 본원의 제 2 측면에 따른 염료감응 태양전지용 광전극에 적용될 수 있다.
The above description related to the first aspect of the present invention can be applied to the photoelectrode for a dye-sensitized solar cell according to the second aspect of the present invention.

본원의 제 3 측면은, 광전극, 상기 광전극에 대향되는 상대전극, 및 상기 두 개의 전극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 광전극은, 전도성 투명 기재, 상기 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하며, 상기 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체는 제 1 전이금속 산화물층 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지를 제공한다.The third aspect of the present application, in the dye-sensitized solar cell comprising a photoelectrode, a counter electrode facing the photoelectrode, and an electrolyte positioned between the two electrodes, the photoelectrode is a conductive transparent substrate, the conductive A porous transition metal oxide structure comprising metal nanoparticles formed on a transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed to the porous transition metal oxide structure, the porous transition metal oxide structure comprising the metal nanoparticles is a first transition metal It provides a dye-sensitized solar cell comprising an oxide layer and a second transition metal oxide layer coated on the first transition metal oxide layer.

상기 본원의 제 1 측면에 대하여 기재된 내용은 모두 본원의 제 3 측면에 따른 염료감응 태양전지에 적용될 수 있다.
The description of the first aspect of the present invention can be applied to the dye-sensitized solar cell according to the third aspect of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments and embodiments of the present application;

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본원의 일 구현예에 따른 광전극(100) 및 그의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, the photoelectrode 100 and a manufacturing method thereof according to the exemplary embodiment of the present application will be described in detail.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 단계(S100)에서는, 전도성 투명 기재(10) 상에 콜로이드 결정층을 형성한다(도 2a 및 도 2b). First, as shown in FIGS. 1 and 2, in step S100, a colloidal crystal layer is formed on the conductive transparent substrate 10 (FIGS. 2A and 2B).

상기 광전극을 제조하기 위해서는 우선, 기재를 준비한다. 상기 전도성 투명 기재(10)는 투명 기재 상에 투명 전극(투명 전도성 필름)을 증착하여 제조할 수 있다. 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 갖는 물질이라면 특별히 한정됨 없이 사용할 수 있다. 상기 전도성 투명 기재(10)는 당업계에서 사용되는 통상적인 것에서 선택하여 사용할 수 있으며, 투명 기재 상에, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 및 SnO2-Sb2O3 중 어느 하나를 포함하는 투명 전극이 코팅된 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 투명 기재는 유리 기재 또는 투명 고분자 기재일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 전도성 투명 전극은, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전도성 투명 기재는, 태양광과 같은 빛이 투과되어 내부로 입사될 수 있도록 하여 다공성 광전극으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 투명 고분자 기재의 구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetylcellulose, TAC), 또는 이들의 공중합체 등의 고분자를 포함하는 기재를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다음으로, 기재 상에 필요에 따라 차단층이 형성될 수 있다. 상기 차단층은 기재 상에 산화물을 일정한 두께로 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 차단층은 기재 상에 당업계에 공지된 물질을 공지된 방법으로 코팅하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단층은 증착, 전기 분해, 또는 습식법에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 차단층의 재료, 차단층을 형성하기 위한 열처리 횟수나 조건 등은 본원의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형이 가능하다. 이러한 차단층은 기재와 다공성 전이금속 산화물 구조체 사이에 접착력을 강화하는 역할을 한다. In order to manufacture the photo-electrode, a substrate is first prepared. The conductive transparent substrate 10 can be manufactured by depositing a transparent electrode (transparent conductive film) on a transparent substrate. The transparent material may be any material as long as it has transparency so that external light can be incident thereon. The conductive transparent substrate 10 may be selected from conventional ones used in the art, and may be formed by depositing indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO -Al 2 O 3 , and SnO 2 -Sb 2 O 3 may be used, but the present invention is not limited thereto. For example, the transparent substrate may be a glass substrate or a transparent polymer substrate, but is not limited thereto. The conductive transparent electrode may include, but is not limited to, tin oxide (SnO 2 ) having excellent conductivity, transparency, and heat resistance, or indium tin oxide (ITO) The conductive transparent substrate is designed to allow light such as sunlight to be transmitted therethrough so as to be used as a porous photoelectrode. Specific examples of the transparent polymer substrate include polyethyleneterephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyimide (PI) , Triacetylcellulose (TAC), and copolymers thereof. The present invention is not limited thereto. Next, a barrier layer may be formed on the substrate as required. The barrier layer may be formed by coating an oxide on the substrate to a predetermined thickness. The barrier layer can be formed on the substrate by coating materials known in the art by known methods. For example, the barrier layer may be formed by vapor deposition, electrolysis, or a wet process, but is not limited thereto. The material of the barrier layer, the number of times of heat treatment for forming the barrier layer, and the conditions can be variously modified within the scope of achieving the object of the present invention. This barrier layer serves to enhance the adhesion between the substrate and the porous transition metal oxide structure.

기재 상에 차단층이 형성되면, 상기 차단층 상에 희생층을 형성한다. 또는, 차단층을 형성함 없이, 상기 기재 상에 희생층을 형성할 수 있다. 상기 희생층을 형성하는 것은, 고분자의 콜로이드 입자를 포함하는 용액을 일정한 두께로 도포한 뒤 건조 과정을 거쳐, 상기 고분자 콜로이드 입자가 자기조립됨으로써 희생층이 형성되는 공정에 의하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기재, 또는 상기 기재 상에 수 나노미터 두께로 형성된 차단층 상에 상기 고분자 콜로이드 입자를 코팅하기 전에, 플라즈마 세정 등을 통하여 상기 기재 또는 상기 차단층의 표면을 세척하면, 상기 고분자 콜로이드 입자의 퍼짐성을 좋게 할 수 있다.When a blocking layer is formed on a substrate, a sacrificial layer is formed on the blocking layer. Alternatively, a sacrificial layer can be formed on the substrate without forming a barrier layer. The sacrificial layer may be formed by applying a solution containing colloidal particles of a polymer to a predetermined thickness and drying the polymer colloid particles to form a sacrificial layer by self-assembling the polymer colloid particles. But is not limited to. When the surface of the base material or the blocking layer is washed through plasma cleaning or the like before the polymer colloid particles are coated on the base material or the barrier layer formed to a thickness of several nanometers on the base material, Can be improved.

상기 콜로이드 결정층은 고분자의 콜로이드 입자를 포함하는 층을 말하는데, 상기 고분자 콜로이드 입자는, 구 형태와 입자의 균일도를 충족하고, 높은 온도를 가하였을 때 기화되어 제거될 수 있어야 하며, 상기 조건들을 충족하는 입자라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. The colloidal crystal layer refers to a layer including colloidal particles of a polymer, wherein the polymer colloidal particles satisfy the spherical shape and the uniformity of the particles, and must be vaporized and removed when a high temperature is applied. Any particle can be used without particular limitation.

상기 고분자의 콜로이드 입자를 포함하는 용액에 이용되는 용매로서는, 물, 알코올, 또는 이들의 혼합 용매 등의 휘발성 용매를 사용할 수 있으며, 상기 고분자의 콜로이드 입자를 포함하는 용액을 도포하는 것은 스핀 코팅 또는 캐스팅 방법에 의하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 스핀 코팅 속도를 조절하거나 또는 상기 캐스팅 수행 시 사용되는 상기 고분자 콜로이드 입자를 포함하는 용액의 양을 조절함으로써, 상기 희생층의 두께를 조절할 수 있다.As the solvent used for the solution containing the colloidal particles of the polymer, a volatile solvent such as water, an alcohol, or a mixed solvent thereof may be used. The application of the solution containing the colloidal particles of the polymer may be performed by spin coating or casting But the present invention is not limited thereto. The thickness of the sacrificial layer can be controlled by adjusting the spin coating rate or controlling the amount of the solution containing the polymer colloid particles used in the casting.

전도성 투명 기재(10) 상에 고분자 콜로이드 용액을 일정한 두께로 도포하여 건조과정을 거쳐 고분자 콜로이드 자기조립 결정층(12)을 형성한다 (도 2b). 상기 고분자 콜로이드 용액을 도포하는 것은 스핀 코팅 또는 캐스팅 방법에 의하여 수행될 수 있다. 이에 따라 형성된 콜로이드 자기조립 결정층은, 이후 다공성 제 1 전이금속 산화물층(14) 형성을 위하여 주형으로 사용한다. 예를 들어, 상기 고분자 콜로이드 결정층의 콜로이드 입자의 크기는 약 100 ㎚ 내지 약 1 ㎛ 이하 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 고분자 콜로이드 자기조립 결정층(12)의 두께는 상기 고분자 콜로이드 용액의 도포량에 의하여 조절될 수 있으며, 약 10 마이크로미터 이상 두께로 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymer colloidal solution is coated on the conductive transparent substrate 10 to a predetermined thickness to form a polymer colloid self-assembled crystal layer 12 through a drying process (FIG. 2B). The application of the polymer colloid solution may be performed by a spin coating or casting method. The colloidal self-assembled crystal layer thus formed is then used as a template for forming the porous first transition metal oxide layer 14. For example, the size of the colloidal particles of the polymeric colloidal crystal layer may be about 100 nm to about 1 탆 or less, but is not limited thereto. For example, the thickness of the polymer colloidal self-assembled crystal layer 12 may be controlled by the coating amount of the polymer colloidal solution, and may be adjusted to a thickness of about 10 micrometers or more, but is not limited thereto.

여기서 상기 고분자 콜로이드 용액은 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠(PS/DVB = polystyrene/divinylbenzene), 폴리아미드 6(Nylon 6) 등과 같은 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA), 또는 이들의 조합을 포함하는 고분자 콜로이드 입자가 물과 알코올의 혼합 용매 등과 같은 휘발성 용매 중에 약 10 중량% 이상 또는 약 20 중량% 이상의 고농도로 분산된 용액을 사용할 수 있으며, 이로 인하여 상기 고분자 콜로이드 용액은 도포 후 단시간 내에 건조시킬 수 있다. 이때 고농도의 콜로이드 입자의 경우 저장 안전성이 좋지 않을 수 있으므로 계면활성제를 추가할 수 있다. 또한, 전도성 투명 기재(10) 상에 상기 고분자 콜로이드 입자를 코팅하기 전에 플라즈마 세정 등을 통해 상기 기재 표면을 세척하면 상기 고분자 콜로이드 입자의 퍼짐성을 좋게 할 수 있다. The polymer colloid solution may be a solution of a polyamide such as polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB = polystyrene / divinylbenzene), polyamide 6 (PBMA), or a combination thereof, is dispersed in a volatile solvent such as a mixed solvent of water and an alcohol at a concentration of at least about 10% by weight or at a concentration of at least about 20% by weight based on the total weight of the polymer colloid particles Solution, whereby the polymer colloid solution can be dried within a short period of time after application. At this time, since the storage stability of the colloidal particles at high concentration may not be good, a surfactant may be added. In addition, when the surface of the substrate is washed by plasma cleaning or the like before coating the polymeric colloid particles on the conductive transparent substrate 10, the spreadability of the polymeric colloid particles can be improved.

전도성 투명 기재(10) 상에 콜로이드 결정층을 형성하기 전에 필요한 경우 차단층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 차단층은 전도성 투명 기재(10) 상에 산화물을 일정한 두께로 코팅하여 형성한다. 상기 차단층은 산화물로 이루어져 있으며, 전도성 투명 기재(10)과 다공성 제 1 전이금속 산화물층(20) 사이에 접착력을 강화하는 역할을 한다. 상기 차단층은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 전도성 투명 기재(10) 상에 0.1 M 사염화티타늄 수용액을 스핀코팅 방법으로 균일하게 도포한 후 450℃에서 열처리하여 차단층을 완성할 수 있다. 그러나, 상기 차단층의 재료는 상술한 것에 한정되지 않으며, 열처리 횟수나 조건 등도 상술한 조건에 한정되지 않고 본원의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형 가능하다.A blocking layer (not shown) may be formed if necessary before forming the colloidal crystal layer on the conductive transparent substrate 10. The barrier layer is formed by coating an oxide on the conductive transparent substrate 10 to a predetermined thickness. The blocking layer is formed of an oxide, and serves to enhance adhesion between the conductive transparent substrate 10 and the porous first transition metal oxide layer 20. Wherein the barrier layer comprises a metal selected from the group consisting of Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, Of oxide semiconductors, but is not limited thereto. For example, the 0.1 M titanium tetrachloride aqueous solution may be uniformly coated on the conductive transparent substrate 10 by a spin coating method, and then heat treated at 450 ° C. to complete the barrier layer. However, the material of the barrier layer is not limited to those described above, and the number of times of heat treatment, conditions, and the like are not limited to the above-mentioned conditions and can be variously modified within the scope of achieving the object of the present invention.

단계(S200)에서는, 형성된 고분자 콜로이드 자기조립 결정층 내로 제 1 전이금속 산화물 입자 및 금속 나노입자 함유용액을 주입하고 건조 및 소결하여 상기 고분자 콜로이드 자기조립 결정층을 제거함으로써 금속 나노입자를 포함한 다공성 제 1 전이금속 산화물층(14)을 형성한다(도 2c). 상기 산화물 입자는 졸-겔 반응을 일으켜 산화물을 형성할 수 있는 전이금속 산화물 형성용 입자로 당업계에서 통상 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상기 산화물 입자는 용액 상태 또는 용매에 희석된 것이다. 상기 고분자 콜로이드 자기조립 결정층 내로 전이금속 산화물 입자 및 금속 나노입자를 함유하는 용액을 주입할 때 상기 전도성 투명 기재를 진공으로 고정하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고분자 콜로이드 자기조립 결정층 제거를 위한 소결은, 예를 들어, 약 400℃ 이상, 또는, 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 전이금속 산화물 은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다공성 제 1 전이금속 산화물층(14)은 상기 콜로이드 결정이 역전된 형태의 구조를 가지며, 다공성구조로 되어 있다. 이와 같은 매크로기공 크기의 다공성 구조는 전해질을 도포할 때 원활하게 기공을 채울 수 있는 장점이 있고, 점성이 높은 고분자 또는 고체 전해질의 침투에 효율적인 기공을 제공한다.In step S200, a porous agent including metal nanoparticles is formed by removing the polymer colloidal self-assembled crystal layer by injecting the first transition metal oxide particles and the metal nanoparticle-containing solution into the formed polymer colloidal self-assembled crystal layer, drying and sintering them. 1 transition metal oxide layer 14 is formed (FIG. 2C). The oxide particles may be those commonly used in the art as particles for transition metal oxide formation that may form an oxide by causing a sol-gel reaction. The oxide particles are diluted in solution or in a solvent. When injecting a solution containing transition metal oxide particles and metal nanoparticles into the polymer colloidal self-assembled crystal layer may include fixing the conductive transparent substrate in a vacuum, but is not limited thereto. Sintering for removing the polymer colloidal self-assembled crystal layer may be performed at, for example, about 400 ° C. or more, or about 400 ° C. to about 600 ° C., but is not limited thereto. The first transition metal oxide in the group consisting of Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga and combinations thereof The oxide semiconductor of the metal may be selected, but is not limited thereto. The porous first transition metal oxide layer 14 has a structure in which the colloidal crystal is inverted and has a porous structure. This macropore-sized porous structure has an advantage that it can fill the pores smoothly when the electrolyte is applied, and provides an effective pore for the penetration of highly viscous polymer or solid electrolyte.

또한, 상기 콜로이드 결정층을 주형으로 하여 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함한 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액으로 후처리함으로써 상기 제 1 전이금속 산화물층에 제 2 전이금속 산화물층(16)을 형성하는 것을 포함하는 후처리 과정(도 2d)을 통하여 광전극(100)을 형성하게 된다. 구체적으로, 상기 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유용액에 침지시켜 상기 제 1 전이금속 산화물층에 제 2 전이금속 산화물 전구체를 도포한 후 소결하여 제 2 전이금속 산화물층을 형성한다. 상기 소결은 사용하는 제 2 전이금속 산화물 전구체 종류에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, the first transition metal oxide layer is formed by post-treating a porous first transition metal oxide layer including metal nanoparticles formed on a conductive transparent substrate using the colloidal crystal layer as a template with a second transition metal oxide precursor-containing solution. The photoelectrode 100 is formed through a post-treatment process (FIG. 2D) including forming the second transition metal oxide layer 16. Specifically, the porous first transition metal oxide layer is immersed in a second transition metal oxide precursor-containing solution to apply a second transition metal oxide precursor to the first transition metal oxide layer, followed by sintering to a second transition metal oxide layer. To form. The sintering may be appropriately selected according to the type of the second transition metal oxide precursor used, for example, but may be performed at a temperature of about 400 ° C. to about 600 ° C., but is not limited thereto.

상기한 바와 같이 후처리된 전체 전이금속 산화물층은 두께가 증가하는 효과가 있다. 또한, 상기 후처리 과정에서 상기 제 2 전이금속 산화물 층의 코팅이 졸-겔 반응을 통해 수행되므로, 상기 후처리 공정에서 사용하는 상기 제 2 전이금속 산화물은 졸-겔 반응이 가능한 전구체를 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전이금속 산화물은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As described above, the post-treated entire transition metal oxide layer has an effect of increasing the thickness. In addition, since the coating of the second transition metal oxide layer is performed through a sol-gel reaction in the post-treatment process, the precursors capable of sol-gel reaction may be used as the second transition metal oxide used in the post-treatment process. Can be. For example, the second transition metal oxide is Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga and combinations thereof It may be to include an oxide semiconductor of a metal selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

한편, 상기 과정에 따라 표면에 제 2 전이금속 산화물층이 형성된 상기 제 1 전이금속 산화물층에 감광성 염료를 흡착시킨다. 상기 감광성 염료의 종류 및 흡착 방법은 당업자가 당업계에서 통상 사용되는 염료 및 흡착 방법을 적의 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 감광성 염료는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체를 포함할 수 있다. 여기서, 루테늄은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있어, 루테늄을 포함하는 염료가 많이 사용된다. 일례로, Ru(etc bpy)2(NCS)2·CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2로서 상기 후처리된 전이금속 산화물 구조체 표면과 결합 가능한 반응기이다. 또한, 유기 색소 등을 포함하는 염료가 사용될 수도 있는데, 이러한 유기 색소로는 쿠마린(coumarin), 포르피린(porphyrin), 크산틴(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethane) 등이 있다. 이들은 단독 또는 Ru 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the photosensitive dye is adsorbed onto the first transition metal oxide layer having the second transition metal oxide layer formed on the surface thereof. The type of the photosensitive dye and the adsorption method can be selected by those skilled in the art by appropriately selecting the dyes and adsorption methods commonly used in the art. For example, the photosensitive dye includes a metal complex including aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir), ruthenium can do. Here, ruthenium can form many organometallic complexes as elements belonging to the platinum group, and ruthenium-containing dyes are widely used. For example, Ru (etc bpy) 2 (NCS) 2 · CH 3 CN type is widely used. Here, etc are (COOEt) 2 or (COOH) 2 reactors capable of bonding with the post-treated transition metal oxide structure surface. In addition, dyes including organic pigments may be used. Examples of such organic pigments include coumarin, porphyrin, xanthene, riboflavin, and triphenylmethane. These can be used alone or in combination with the Ru complex to improve the photoelectric conversion efficiency by improving absorption of visible light of a long wavelength.

본원의 일 구현예에 따르면, 상술한 콜로이드 자기조립 결정층을 형성하는 단계, 콜로이드 자기조립 결정층 내로 금속 나노입자를 포함하는 제 1 전이금속 산화물 입자 용액을 주입하고 자기조립 결정층을 제거하여 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 형성하는 단계, 코팅을 통해 제 2 전이금속 산화물층을 추가로 형성하는 단계 및 코팅된 전이금속 산화물 구조체에 감광성 염료를 흡착시키는 단계는 적어도 1 회 이상 반복될 수 있으며, 이에 따라 광전극 구조 및 두께를 조절할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, forming the colloidal self-assembled crystal layer described above, injecting the first transition metal oxide particle solution including the metal nanoparticles into the colloidal self-assembled crystal layer and removing the self-assembled crystal layer, the porous Forming the first transition metal oxide layer, further forming the second transition metal oxide layer through the coating, and adsorbing the photosensitive dye on the coated transition metal oxide structure may be repeated at least one time, Accordingly, the structure and thickness of the photoelectrode can be adjusted.

다음으로, 광전극(100), 상기 광전극(100)에 대향되는 상대전극(200), 및 상기 두 개의 전극 사이에 위치하는 전해질(30)을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 광전극(100)은, 전도성 투명 기판(10), 상기 전도성 투명 기판(10) 상에 형성된 금속 나노입자(16)를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료(20)를 포함하며, 상기 금속 나노입자(16)를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체는 제 1 전이금속 산화물층(14) 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층(18)을 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다. Next, in the dye-sensitized solar cell comprising a photoelectrode 100, a counter electrode 200 facing the photoelectrode 100, and an electrolyte 30 positioned between the two electrodes, the photoelectrode Reference numeral 100 is a conductive transparent substrate 10, a porous transition metal oxide structure including a metal nanoparticle 16 formed on the conductive transparent substrate 10, and a photosensitive dye adsorbed on the porous transition metal oxide structure ( 20), wherein the porous transition metal oxide structure including the metal nanoparticles 16 includes a first transition metal oxide layer 14 and a second transition metal oxide layer 18 coated on the first transition metal oxide layer 18. It provides a dye-sensitized solar cell comprising a).

광전극(100)은 전술한 바와 같은 방법에 의하여 제조되어 콜로이드 결정이 역전된 형태의 구조를 갖는 다공성 제 1 전이금속 산화물층(14) 및 상기 제 1 전이금속 산화물층의 기공 표면에 제 2 전이금속 산화물층(18)이 형성되어 있는 다공성 전이금속 산화물층(20)을 포함한다 (도 2). 매크로기공 크기의 다공성 구조는 전해질을 도포할 때 원활하게 기공을 채울 수 있는 장점이 있고, 점성이 높은 고분자 또는 고체 전해질의 침투에 효율적인 기공을 제공한다.The photoelectrode 100 is manufactured by the method described above to have a porous first transition metal oxide layer 14 having a structure in which colloidal crystals are inverted and a second transition on the pore surface of the first transition metal oxide layer. It includes a porous transition metal oxide layer 20 on which a metal oxide layer 18 is formed (FIG. 2). The macropore-sized porous structure has the advantage of smoothly filling pores when applying the electrolyte, and provides efficient pores for penetration of highly viscous polymers or solid electrolytes.

상기와 같은 방법으로 제조된 광전극(100)을 포함하는 염료감응 태양전지는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전도성 투명 기재(10)와 투명 기재 상에 형성된 염료가 흡착된 다공성 전이금속 산화물층(20)으로 이루어진 광전극(100), 광전극(100)에 대향하는 상대전극(200), 및 광전극(100)과 상대전극 사이에 채워져 있는 전해질(30)을 포함한다.In the dye-sensitized solar cell including the photoelectrode 100 manufactured by the above method, as shown in FIG. 3, the porous transparent metal oxide layer adsorbed with the conductive transparent substrate 10 and the dye formed on the transparent substrate A photoelectrode 100 composed of 20, a counter electrode 200 facing the photoelectrode 100, and an electrolyte 30 filled between the photoelectrode 100 and the counter electrode.

상기 상대전극(200)은 전도성 투명 기재(10) 상에 형성된 백금층(40)을 포함하며, 백금층(40)이 광전극(100)의 염료가 흡착된 다공성 전이금속 산화물층(20)과 대향하도록 배치된다.The counter electrode 200 includes a platinum layer 40 formed on the conductive transparent substrate 10, and the platinum layer 40 includes a porous transition metal oxide layer 20 on which a dye of the photoelectrode 100 is adsorbed. Are arranged to face each other.

상대전극(200)에 있어서 전도성 투명 기재(10)는, 광전극(100)에서와 동일하게, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재 등의 투명 기재 상, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재 상에, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 및 SnO2-Sb2O3 중 어느 하나를 포함하는 투명 전극이 코팅된 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상대전극(200)에 있어서, 전도성 투명 기재(10) 상에 백금층(40)이 형성된다. 상기 백금층(40)은 산화-환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C), WO3, TiO2 및 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 백금층과 같은 역할을 하는 전도층은 반사율이 높을수록 효율이 우수하므로 반사율이 높은 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 본원을 설명하는 명세서에서 투명이라는 단어의 의미는 소재의 광투과율이 100%인 경우뿐만 아니라 광투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.The conductive transparent substrate 10 in the counter electrode 200 can be formed on a transparent substrate such as a glass substrate or a transparent polymer substrate such as a glass substrate or a transparent polymer substrate, A transparent electrode coated with any one of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , and SnO 2 -Sb 2 O 3 is used But is not limited thereto. In the counter electrode 200, a platinum layer 40 is formed on the conductive transparent substrate 10. The platinum layer 40 plays a role of activating a redox couple, and includes gold (Au), ruthenium (Ru), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), and osmium ( Conductive material such as Os), carbon (C), WO 3 , TiO 2, and conductive polymer. It is preferable to select a material having a high reflectance because the conductive layer serving as the platinum layer has higher efficiency as the reflectance is higher. The meaning of the word " transparent " in the description of the present invention includes not only the case where the light transmittance of the material is 100% but also the case where the light transmittance is high.

도 3에 나타낸 바와 같이, 광전극(100)과 상대전극(200) 사이에는 전해질(30)이 주입되어 있다. 상기 전해질은 예를 들어, 요오드화물(iodide)을 포함할 수 있으며, 산화, 환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 전자를 잃었던 염료분자에 받은 전자를 전달하는 역할을 수행한다. 전해질은 실제로는 광전극(100)의 기공 내부로 균일하게 분산되어 있을 수 있다. 예를 들어, 전해질의 제조 방법은 다음과 같다. 상기 전해질은 전해액으로 이루어지며, 상기 전해액은 아이오다이드(iodide)/트리오다이드(triodide) 쌍으로서 산화, 환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료 분자에 전달하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 전해질로서는 요오드를 아세토니트릴에 용해시킨 용액 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 또는, 상기 전해질로서는 0.7 M 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 이오다이드(1-butyl-3-methylimidazolium iodide; BMII), 0.03 M 요오드(Iodine; I2), 0.1 M 구아니디움 티오시아네이트(Guanidiumthiocyanate; GSCN), 0.5 M 4-tert-부틸피리딘(4-tert-buthlpyridine; TBP), 위 4 개의 시약을 아세토나이트릴(CAN)과 발레노나이트릴(VN) 혼합액(부피비 85:15)에 용해하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As shown in FIG. 3, an electrolyte 30 is injected between the photoelectrode 100 and the counter electrode 200. The electrolyte may include, for example, iodide, and serves to transfer electrons to dye molecules that have lost electrons by receiving electrons from the counter electrode by oxidation and reduction. The electrolyte may be uniformly dispersed in the pores of the photoelectrode 100 in practice. For example, a method for producing an electrolyte is as follows. The electrolyte is composed of an electrolytic solution, and the electrolyte serves as an iodide / triodide pair to receive electrons from the counter electrode by oxidation and reduction and to transfer the electrolyte to the dye molecules. For example, as the electrolyte, a solution prepared by dissolving iodine in acetonitrile may be used, but not limited thereto, and any one having a hole conduction function can be used without limitation. Alternatively, as the electrolyte, 0.7 M 1-butyl-3-methylimidazolium iodide (1-butyl-3-methylimidazolium iodide; BMII), 0.03 M iodine (I 2 ), 0.1 M guanidium thiosia Nate (Guanidiumthiocyanate (GSCN), 0.5 M 4-tert-butylpyridine (TBP), acetonitrile (CAN) and valenonitrile (VN) mixed solution (volume ratio 85:15) Can be dissolved in, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 두 개의 전극 사이의 간격을 유지시켜 주는 고분자 필름을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 반대 극 전극으로는 전도성 투명 기재(10)에 백금이 코팅된 것을 사용하며, 수 십 마이크로미터 두께의 고분자 필름을 두 전극 사이에 끼워 넣어 간격을 유지한다. 고분자 필름은 가장자리에만 형성한다. According to one embodiment of the present invention, a polymer film that maintains the gap between the two electrodes may be additionally included, but the present invention is not limited thereto. As the counter electrode, platinum coated on the conductive transparent substrate 10 is used, and a polymer film of several tens of micrometers is sandwiched between two electrodes to maintain a gap. The polymer film is formed only at the edges.

광전극(100)과 상대전극(200)의 가장 자리에는 밀봉부(50)가 형성될 수 있다. 밀봉부(50)는 열가소성 고분자물질을 포함하며, 열 또는 자외선에 의하여 경화된다. 구체적인 예로, 밀봉부(50)는 에폭시 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The sealing portion 50 may be formed at the edge of the optical electrode 100 and the counter electrode 200. The sealing portion 50 includes a thermoplastic polymer material, and is cured by heat or ultraviolet rays. As a specific example, the sealing portion 50 may include, but is not limited to, an epoxy resin.

상기와 같이 형성된 염료감응 태양전지에 있어서, 광전극(100)은 전도성 투명 기재(10)와 염료가 흡착된 다공성 전이금속 산화물층(20)을 포함하며, 상기 다공성 전이금속 산화물층(20)은 일정한 규칙을 갖는 다공성의 3차원 면심입방 구조로 되어 있어 효과적인 전자 전달 통로가 형성되어 염료감응 태양전지의 광전 변환 효율이 향상된다. 또한, 상기 다공성 전이금속 산화물층(20)의 3차원 면심입방 구조의 정렬된 벌크-공극(ordered bulk-pore)을 통하여 점성이 높은 고분자 또는 고체 전해질의 침투에 효율적인 통로를 제공해줌으로써 염료감응 태양전지의 장기 안정성이 향상된다.
In the dye-sensitized solar cell formed as described above, the photoelectrode 100 includes a conductive transparent substrate 10 and a porous transition metal oxide layer 20 adsorbed with a dye, and the porous transition metal oxide layer 20 is The porous three-dimensional face-centered cubic structure with a certain rule forms an effective electron transfer path, thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell. In addition, the dye-sensitized solar cell by providing an efficient passage for the penetration of high viscosity polymer or solid electrolyte through the ordered bulk-pore of the three-dimensional face centered cubic structure of the porous transition metal oxide layer 20 Long-term stability is improved.

이하, 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.

[[ 실시예Example ]]

<< 광전극Photoelectrode 제조 및 이에 의한 염료감응 태양전지> And dye-sensitized solar cell by the same>

본 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 전도성 투명 기재와, 전도성 투명 기재 상에 형성된 차단층, 차단층 상에 형성된 광전극과, 광전극에 흡착되어 있는 복수의 염료분자와, 전도성 투명 기재에 대향 배치된 백금이 코팅된 상대전극, 두 전극 사이에 채워져 있는 고분자 전해질층 및 두 전극 사이의 간격을 유지시켜주는 밀봉 고분자 필름을 포함하여 제작하였다. 전도성 투명 기재는 투명한 유리 기재 상에 전도성의 투명전극이 형성되어 있는 구조를 갖도록 하였다. 전도성 투명 기재 상에는 차단층이 형성하였다. 차단층은 산화물로 형성하였다. 이것은 전도성 투명 기재를 0.1 M 사염화티탄 수용액에 70℃ 오븐에 30 분 동안 담가 두어서 만들었다. 광전극의 형성은 희생층이 되는 균일한 폴리스타이렌 입자를 코팅하고 원활하게 입자간 공간에 주입되도록 산소 플라즈마를 1 분간 가했다. 이후에, 금 나노입자를 포함한 이산화티타늄 나노미분체(Anatase 결정상)를 주입하였다. 그리고, 스핀코팅을 통하여 과량의 이산화티타늄 용액을 제거하고 희생층의 빈 공간을 채웠다. 500℃의 가열 소성 공정을 2 시간 동안 실시하여 이산화티타늄만 남아있는 광전극을 형성하였다. The dye-sensitized solar cell according to the present embodiment opposes a conductive transparent substrate, a blocking layer formed on the conductive transparent substrate, a photoelectrode formed on the blocking layer, a plurality of dye molecules adsorbed on the photoelectrode, and a conductive transparent substrate. A counter electrode having a coated platinum electrode, a polymer electrolyte layer filled between the two electrodes, and a sealing polymer film for maintaining a gap between the two electrodes were manufactured. The conductive transparent substrate had a structure in which a conductive transparent electrode was formed on a transparent glass substrate. A blocking layer was formed on the conductive transparent substrate. The barrier layer was formed of oxide. This was made by soaking the conductive transparent substrate in a 0.1 M aqueous titanium tetrachloride solution in an oven at 70 ° C. for 30 minutes. The formation of the photoelectrode was performed by coating the uniform polystyrene particles serving as the sacrificial layer and applying an oxygen plasma for 1 minute to smoothly inject into the interparticle space. Thereafter, titanium dioxide nano fine particles (Anatase crystalline phase) including gold nanoparticles were injected. Then, the excess titanium dioxide solution was removed by spin coating to fill the empty space of the sacrificial layer. A heat firing process at 500 ° C. was performed for 2 hours to form a photoelectrode with only titanium dioxide remaining.

상기 나노 크기의 금 입자를 합성하기 위해 골드 클로라이드 트라이하이드레이트(gold(III) chloride trihydrate)를 포함한 골드 전구체를 이용하였다. 상기 금 전구체는 1 M의 트라이하이드레이트를 포함하고 있는 수용액이며, 상기 수용액의 온도를 상승시킨 후 0.076 mmol 을 포함하고 있는 1 중량% 시트르산삼나트륨(2 수화물)(trisodium citrate dihydrate) 수용액을 빠르게 트라이하이드레이트 수용액에 첨가하였다. 1 중량%의 시트르산삼나트륨(2수화물) 수용액을 첨가한 시점으로부터 10 분간 교반과 동시에 온도를 유지시켜 준 후에, 열원을 제거한 뒤 상온까지 천천히 수용액을 식혀주어 금 나노입자가 합성되었다 (도 4). 이후 후처리를 위해 0.3 M의 사염화티탄 수용액에 상기 제조된 전극을 포함하는 기재를 70℃ 오븐에 60 분 동안 담가 두어 제조하였다. In order to synthesize the nano-sized gold particles, gold precursors including gold (III) chloride trihydrate were used. The gold precursor is an aqueous solution containing 1 M trihydrate, and rapidly trihydrates an aqueous solution of 1 wt% trisodium citrate dihydrate containing 0.076 mmol after raising the temperature of the aqueous solution. It was added to the aqueous solution. After adding 1% by weight of aqueous trisodium citrate (dihydrate) solution for 10 minutes while maintaining the temperature at the same time, the aqueous solution was slowly cooled to room temperature after removing the heat source to synthesize gold nanoparticles (FIG. 4). . Subsequently, the substrate including the prepared electrode in 0.3 M titanium tetrachloride aqueous solution for post-treatment was prepared by soaking in an oven at 70 ° C. for 60 minutes.

상기 후처리 과정이 완료된 금 나노입자를 포함하고 있는 역전오팔구조의 이산화티타늄 구조체는 얇은 이산화티타늄 막으로 코팅되었다. 광전극을 이루는 이산화티타늄 표면에 흡착되어 있는 염료분자로는 루테늄 또는 쿠마린계 염료분자 중 어느 하나가 사용될 수 있는데, 구체적으로 본원에서는 루테늄계 염료분자인 N719 염료를 Dyesol 회사로부터 구입하여 사용하였다. 상기 N719를 무수 에탄올에 분산시켜 0.5 mM의 농도로 맞추어 금 나노입자를 포함하고 있는 광전극을 하루 동안 담가 염료를 흡착시켰다. 도 5는 (a) 폴리스타이렌을 이용한 오팔 희생구조체, (b) 금 나노입자를 포함하는 제 1 전이금속 산화물층 을 포함하는 폴리스타이렌 구조체, (c) 금 나노입자를 함유하는 다공성 제 1 전이금속 산화물층, 및 (d) 금 나노입자를 함유하는 다공성 제 1 전이금속 산화물층에 제 2 전이금속 산화물층 코팅된 다공성 전이금속 산화물 구조체의 전자현미경 사진을 각각 나타냈다. The reverse opal structure of the titanium dioxide structure including the gold nanoparticles after the post-treatment process was coated with a thin titanium dioxide film. As a dye molecule adsorbed on the surface of the titanium dioxide constituting the photoelectrode, one of ruthenium or coumarin-based dye molecules may be used. Specifically, the ruthenium-based dye molecule N719 dye is used from Dyesol company. The N719 was dispersed in anhydrous ethanol to a concentration of 0.5 mM soaking the photoelectrode containing gold nanoparticles for one day to adsorb the dye. 5 is a polystyrene structure comprising (a) an opal sacrificial structure using polystyrene, (b) a first transition metal oxide layer comprising gold nanoparticles, and (c) a porous first transition metal oxide layer containing gold nanoparticles. , And (d) electron micrographs of the porous transition metal oxide structure coated with the second transition metal oxide layer on the porous first transition metal oxide layer containing gold nanoparticles, respectively.

광전극의 반대전극은 전도성 투명 기재에 평행하게 배치되어 있으며, 유리 등의 기재에 투명전극이 형성되어 있으며, 백금층 상대전극이 형성되어 있다. 백금층 상대전극의 형성은 구체적으로 H2PtCl6 용액을 전도성 투명 기재에 붓을 이용해 바르고 130℃ 핫플레이트에 놓고 용매를 제거시켰다. 그리고 450℃에서 30 분 동안의 열처리를 통해 전도성 투명 기재에 백금층 상대전극을 형성하였다. 광전극과 백금이 도포된 전극 사이와 광전극의 기공 내부에는 전해질이 있다. 전해질은 요오드계 산화-환원 쌍을 갖는 액체 전해질을 사용하였다. 전해질 제조 과정은 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 (BMII 분자량 266.12) 0.7 M과 요오드 (Iodine, I2, 분자량 253.8)를 0.03 M, 리튬 요오드화물 (lithium iodide, LiI) 0.05 M, 구아니딘 티오시이아네이트 (guanicium thioyanate ; GSCN 분자량 118.16) 0.1 M을 4-tert-부틸피리딘 (4-tert-buthylpyridine, 4-TBP) 0.5 M을 아세토니트릴 (acetonitrile, ACN)과 발레로니트릴 (valeronitrile, VN) 혼합용액에 용해시켰다. 주입된 시약들을 잘 분산시킨 후 광전극과 반대전극 사이에 전해질 용액을 주입하며 이때, 전해질 용액이 새어 나오지 않도록 하기 위해 60 ㎛ 두께의 설린(Surlyn)을 사용하였다. The counter electrode of the photoelectrode is arrange | positioned in parallel with a conductive transparent base material, the transparent electrode is formed in the base materials, such as glass, and the platinum layer counter electrode is formed. Specifically, the platinum layer counter electrode was formed by applying a H 2 PtCl 6 solution to a conductive transparent substrate using a brush, placing the solvent on a 130 ° C. hot plate. Then, a platinum layer counter electrode was formed on the conductive transparent substrate through heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes. There is an electrolyte between the photoelectrode and the platinum-coated electrode and inside the pores of the photoelectrode. As the electrolyte, a liquid electrolyte having an iodine-based redox pair was used. The electrolyte preparation process consisted of 0.7 M of 1-butyl-3-methylimidazolium (BMII molecular weight 266.12) and 0.03 M of iodine (Iodine, I 2 , molecular weight 253.8), 0.05 M of lithium iodide (LiI), guanidine thi Oxynicate (guanicium thioyanate; GSCN molecular weight 118.16) 0.1 M 4-tert-butylpyridine (4-TBP) 0.5 M acetonitrile (acetonitrile, ACN) and valeronitrile (VN) It was dissolved in the mixed solution. After dispersing the injected reagents well, an electrolyte solution was injected between the photoelectrode and the counter electrode, and a 60 μm thick Surlyn was used to prevent the electrolyte solution from leaking out.

도 6은 이산화티타늄 용액에 콜로이드 상태의 금 나노입자를 일정 비율로 첨가한 후, 적외선영역에서 자외선영역까지의 빛 흡수 정도를 나타낸 그래프이다. (A)부터 (F)까지 차례로 12 nm 금 나노입자 콜로이드 용액이 1 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 20 중량%, 30 중량%가 포함되어 있는 이산화티타늄 수용액, (G) 70 nm 금 나노입자가 10 중량% 포함되어 있는 이산화티타늄 수용액, 및 (H) 금 나노입자가 포함되지 않은 이산화티타늄 용액이다.
6 is a graph showing the degree of light absorption from the infrared region to the ultraviolet region after adding gold nanoparticles in a colloidal state to a titanium dioxide solution at a predetermined ratio. Titanium dioxide aqueous solution containing 1 wt%, 3 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt% of the 12 nm gold nanoparticle colloidal solution from (A) to (F), (G ) Titanium dioxide aqueous solution containing 10% by weight of 70 nm gold nanoparticles, and (H) titanium dioxide solution containing no gold nanoparticles.

상기 실시예에 따라 제조된 염료감응 태양전지를 AM 1.5, 100 mW/cm2 조건에서 전류밀도 (Jsc), 전압(Voc), 충진계수(FF) 및 에너지 변환효율(EFF.)값을 측정하였고, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같다. 하기 표 1 및 이하에서 "역전오팔구조"는 금 나노입자를 포함하지 않는 역전오팔구조의 다공성 전이금속 산화물 구조체를 나타내고, "금 입자를 포함한 역전오팔구조"는 10 중량%의 금 나노입자를 포함하는 역전오팔구조의 다공성 전이금속 산화물 구조체를 이용하여 제조된 각각의 광전극을 나타낸다.
The dye-sensitized solar cell fabricated according to the above example was irradiated with AM 1.5, 100 mW / cm 2 Under the conditions, current density (Jsc), voltage (Voc), filling factor (FF) and energy conversion efficiency (EFF.) Were measured, and the results are shown in Table 1. Table 1 and below "reverse opal structure" refers to a porous transition metal oxide structure of the reverse opal structure does not include gold nanoparticles, "reverse opal structure including gold particles" includes 10% by weight of gold nanoparticles Each of the photoelectrodes manufactured using a porous transition metal oxide structure having an inverted opal structure.

Figure 112012063916530-pat00001
Figure 112012063916530-pat00001

도 7에서는 본 실시예에 따른 금 나노입자가 포함된 것과 포함되지 역전오팔구조의 태양전지에 해당하는 결과 값으로 AM 1.5, 100 mW/cm2 조건에서 전류밀도 전압 충진계수 및 에너지 변환효율에 해당하는 값을 나타내는 그래프이다. (A)는 금 나노입자를 포함하지 않은 역전오팔구조의 전극을 제작하여 만든 태양전지를, (B)는 금 나노입자를 포함하고 있는 역전오팔구조의 전극을 제작하여 만든 태양전지를 나타낸다. In FIG. 7, a result corresponding to the inclusion of the gold nanoparticles according to the present embodiment and that of the inverted opal structure of the solar cell corresponds to a current density voltage filling factor and an energy conversion efficiency at AM 1.5 and 100 mW / cm 2. Graph showing the value to (A) shows a solar cell made by fabricating an inverted opal structure electrode containing no gold nanoparticles, and (B) shows a solar cell made by making an electrode of inverted opal structure containing gold nanoparticles.

한편, 도 8에서는 금 나노입자를 포함한 전극과 금 나노입자를 포함하지 않은 전극의 자외선에서 적외선 영역에 이르기까지의 파장에 따른 흡수 정도를 나타낸 그래프이다: (A) 역전오팔구조의 다공성 제 1 전이금속 산화물 구조체, (B) 후처리 하지 않은 10 중량%의 금 나노입자를 포함하고 있는 역전오팔구조의 다공성 제 1 전이금속 산화물 구조체, (C) 후처리 하고 10 중량%의 금 나노입자를 포함하는 역전오팔구조의 다공성 전이금속 산화물 구조체를 이용하여 제조된 각각의 광전극이다. (A) 와 (C) 비교 시, 금 나노입자의 플라즈몬에 의한 흡수가 단파장 영역에서 일어나고 있음을 알 수 있으며, (B) 와 (C) 비교 시, 코팅된 TiO2 층에 의해 산란이 증가하여 장파장의 흡수가 증가했음을 알 수 있다. On the other hand, Figure 8 is a graph showing the degree of absorption according to the wavelength from the ultraviolet to the infrared region of the electrode containing gold nanoparticles and the electrode containing no gold nanoparticles: (A) the porous first transition of the reverse opal structure Metal oxide structure, (B) a porous first transition metal oxide structure of reverse opal structure containing 10% by weight of gold nanoparticles without post-treatment, (C) post-treated with 10% by weight of gold nanoparticles Each photoelectrode is manufactured using a porous transition metal oxide structure having an inverted opal structure. In comparison with (A) and (C), it can be seen that the absorption of gold nanoparticles by plasmon occurs in the short wavelength region, and compared with (B) and (C), the coated TiO 2 It can be seen that the scattering is increased by the layer and the absorption of the long wavelength is increased.

본 실시예에 따라, 역전오팔구조를 가지는 다공성 전이금속 산화물 구조체는, 유기물 나노입자로서 일정한 크기와 구조를 갖는 입자를 물 속에서 자기조립시켜 오팔구조를 갖는 폴리스타이렌 나노입자 응집체를 형성한 후, 응집체에 나노크기의 금속입자를 포함하고 있는 전구체를 주입하는 공정과 열처리를 통해 오팔구조를 형성하고 있는 패턴을 제거하여 다공성 구조를 만드는 동시에 이산화티타늄을 형성시켜, 이러한 구조의 전극을 가지고 있는 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있다. 본원의 광전극에서는 폴리스타이렌의 자기조립 구조가 역전되어 있는 3차원 다공성 구조로 되어 있다. 다공성 구조는 크게는 수백 나노미터 정도까지 형성되어 전해질을 도포할 때 기공을 채울 수 있는 장점이 있을 뿐 아니라, 추가로 금 나노입자를 포함하고 있는 경우, 금 나노입자가 태양전지로 들어온 빛을 흡수하고 재방출시킴으로써 태양전지 내 전자 이용을 배가시켜 그 효율을 증가시킨다는 장점이 있다. 그러나, 금속을 전극 표면에 바로 노출시킬 경우 오히려 전지의 전자이동을 방해하고 전자를 잡아두는 역할을 함으로써 그 효율을 떨어뜨릴 수 있는데 이러한 문제는 역전오팔구조 제작 후 사염화티탄 수용액을 이용하여 화학적 용액 성장법(CBD)을 통해 후처리 과정을 거치면 해결될 수 있다. 금속 나노입자는 금속 나노입자를 형성할 수 있는 전구체를 포함하고 있는 트라이하이드레이트 수용액과 전구체를 콜로이드 입자 상태로 합성시켜주는 물질인 시트르산삼나트륨을 통해 합성되고 이 두 물질의 비율에 따라 합성되는 나노입자의 크기가 조절될 수 있다.
According to the present embodiment, the porous transition metal oxide structure having an inverted opal structure is formed of polystyrene nanoparticle aggregates having an opal structure by self-assembling particles having a certain size and structure as organic nanoparticles in water. Dye-sensitized type having electrodes of such structure by removing the pattern forming opal structure through the process of injecting precursor containing nano-sized metal particles and heat treatment to form porous structure and forming titanium dioxide Solar cells can be manufactured. The photoelectrode of the present application has a three-dimensional porous structure in which the self-assembly structure of polystyrene is reversed. The porous structure is formed up to several hundred nanometers, which not only has the advantage of filling pores when applying the electrolyte, but also additionally contains gold nanoparticles, so that the gold nanoparticles absorb light entering the solar cell. By releasing and re-emitting, there is an advantage of increasing the efficiency by doubling the use of electrons in the solar cell. However, if the metal is directly exposed to the surface of the electrode, the efficiency of the battery may be impeded by hindering the electron movement of the battery and trapping electrons. This problem may be caused by chemical solution growth using a titanium tetrachloride aqueous solution after fabricating an inverted opal structure. This can be solved through post-processing through the CBD. Metal nanoparticles are synthesized through trihydrate aqueous solution containing precursors capable of forming metal nanoparticles, and trisodium citrate, a substance that synthesizes precursors in the form of colloidal particles. The size of can be adjusted.

이상, 실시예를 들어 본원을 상세하게 설명하였으나, 본원은 상기 구현예 및 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본원의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments and the exemplary embodiments, and various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is evident that many variations are possible by the possessors.

10: 전도성 투명 기재
12: 고분자 콜로이드 자기조립 결정층
14: 다공성 제 1 전이금속 산화물층
16: 금속 나노입자
18: 제 2 전이금속 산화물층
20: (염료가 흡착된) 다공성 전이금속 산화물층
30: 전해질
40: 백금층
50: 밀봉부
60: 차단층
100: 광전극
200: 상대전극
10: Conductive transparent substrate
12: polymer colloid self-assembled crystal layer
14: porous first transition metal oxide layer
16: metal nanoparticles
18: second transition metal oxide layer
20: porous transition metal oxide layer (dye adsorbed)
30: electrolyte
40: platinum layer
50:
60: barrier layer
100: photo electrode
200: counter electrode

Claims (19)

전도성 투명 기재 상에 콜로이드 결정층을 형성하는 단계;
상기 콜로이드 결정층 내로 제 1 전이금속 산화물 입자 및 표면 처리되지 않은 금속 나노입자를 함유하는 용액을 주입한 후 소결하여 상기 콜로이드 결정층을 선택적으로 제거함으로써 금속 나노입자를 함유하는 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 형성하는 단계; 및
제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액을 이용하여 상기 제 1 전이금속 산화물층을 제 2 전이금속 산화물층에 의하여 코팅하여 금속 나노입자를 함유하는 다공성 전이금속 산화물 구조체를 형성하는 단계
를 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법으로서,
상기 제 1 전이금속 산화물 입자 및 표면 처리되지 않은 금속 나노입자를 함유하는 용액은, 상기 금속 나노입자의 금속을 포함하는 전구체를 이용하여 콜로이드 용액의 형태로 제조되는 것인,
염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
Forming a colloidal crystal layer on the conductive transparent substrate;
A porous first transition metal oxide containing metal nanoparticles by injecting a solution containing first transition metal oxide particles and untreated metal nanoparticles into the colloidal crystal layer and then sintering to selectively remove the colloidal crystal layer. Forming a layer; And
Coating the first transition metal oxide layer with a second transition metal oxide layer using a second transition metal oxide precursor-containing solution to form a porous transition metal oxide structure containing metal nanoparticles
As a method of manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell comprising:
The solution containing the first transition metal oxide particles and the untreated metal nanoparticles is prepared in the form of a colloidal solution using a precursor containing a metal of the metal nanoparticles,
Manufacturing method of photoelectrode for dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 상기 다공성 제 1 전이금속 산화물층을 상기 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액에 침지시켜 상기 제 1 전이금속 산화물층에 제 2 전이금속 산화물 전구체를 도포한 후 소결하는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the coating comprises sintering the porous first transition metal oxide layer in the second transition metal oxide precursor-containing solution to apply a second transition metal oxide precursor to the first transition metal oxide layer and then to sinter it. And manufacturing method of photoelectrode for dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 다공성 전이금속 산화물 구조체를 형성한 후 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 감광성 염료를 흡착시키는 단계를 추가 포함하는, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
And forming a porous transition metal oxide structure and then adsorbing a photosensitive dye on the porous transition metal oxide structure.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전이금속 산화물은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체를 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the first transition metal oxide is selected from the group consisting of Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, And a metal oxide semiconductor of a selected metal.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전이금속 산화물은 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물 반도체를 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the second transition metal oxide is selected from the group consisting of Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, And a metal oxide semiconductor of a selected metal.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정층은 100 nm 내지 5 ㎛의 직경의 입자를 가지는 콜로이드 입자를 이용하여 형성되는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
The colloidal crystal layer is formed using colloidal particles having particles having a diameter of 100 nm to 5 ㎛, method for manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전이금속 산화물 입자의 크기는 100 nm 이하인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the size of the first transition metal oxide particle is 100 nm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
The metal nanoparticles are metal (Au), platinum (Pt), silver (Ag) and a method comprising a metal selected from the group consisting of a combination thereof, a method for manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 100 nm 이하의 직경을 가지는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
The metal nanoparticles have a diameter of 100 nm or less, a method for manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전이금속 산화물 입자 및 표면 처리되지 않은 금속 나노입자를 함유하는 용액 중 상기 표면 처리되지 않은 금속 나노입자의 함량은 30 중량% 인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
The content of the untreated metal nanoparticles in the solution containing the first transition metal oxide particles and the untreated metal nanoparticles is 30% by weight, the manufacturing method of the photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전이금속 산화물층은 500 nm 이하의 두께를 가지는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the second transition metal oxide layer has a thickness of 500 nm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전이금속 산화물층의 두께는 상기 제 2 전이금속 산화물 전구체-함유 용액의 농도 또는 상기 코팅하는 시간에 의하여 조절될 수 있는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
The thickness of the second transition metal oxide layer can be controlled by the concentration of the second transition metal oxide precursor-containing solution or the coating time, the method of manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정층을 형성하기 전에 상기 전도성 투명 기재 상에 차단층을 형성하는 것을 추가 포함하는, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Further comprising forming a blocking layer on the conductive transparent substrate before forming the colloidal crystal layer.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정층은, 휘발성 용매에 콜로이드 입자가 분산되어 있는 콜로이드 용액을 상기 전도성 투명 기재 상에 도포하는 것을 포함하는 공정에 의하여 형성되는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the colloidal crystal layer is formed by a process comprising applying a colloidal solution in which colloidal particles are dispersed in a volatile solvent on the conductive transparent substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정층은, 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메싸크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠 (PS/DVB = polystyrene/divinylbenzene), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA), 또는 이들의 조합을 함유하는 콜로이드 입자를 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 광전극의 제조 방법.
The method of claim 1,
The colloidal crystal layer may be formed of at least one selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / polydivinylbenzene (PS / DVB = polystyrene / divinylbenzene), polyamide, poly (butyl methacrylate-divinylbenzene) (PBMA), or a combination thereof. The method of manufacturing a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell,
전도성 투명 기재, 상기 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극으로서,
상기 다공성 전이금속 산화물 구조체는 금속 나노입자가 함유된 제 1 전이금속 산화물층 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층을 포함하는 것이고,
상기 염료감응 태양전지용 광전극은 제 1 항에 따른 방법에 의하여 제조되는 것인,
염료감응 태양전지용 광전극.
An optical electrode for dye-sensitized solar cell comprising a conductive transparent substrate, a porous transition metal oxide structure including metal nanoparticles formed on the conductive transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed on the porous transition metal oxide structure.
The porous transition metal oxide structure includes a first transition metal oxide layer containing metal nanoparticles and a second transition metal oxide layer coated on the first transition metal oxide layer,
The dye-sensitized solar cell photoelectrode is prepared by the method according to claim 1,
Optical electrode for dye - sensitized solar cell.
삭제delete 광전극, 상기 광전극에 대향되는 상대전극, 및 상기 두 개의 전극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서,
상기 광전극은, 전도성 투명 기재, 상기 전도성 투명 기재 상에 형성된 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하는 것이고,
상기 금속 나노입자를 포함하는 다공성 전이금속 산화물 구조체는 제 1 전이금속 산화물층 및 상기 제 1 전이금속 산화물층에 코팅된 제 2 전이금속 산화물층을 포함하는 것이며,
상기 광전극은 제 1 항에 따른 방법에 의하여 제조되는 것인,
염료감응 태양전지.
1. A dye-sensitized solar cell comprising a photo-electrode, a counter electrode opposed to the photo-electrode, and an electrolyte positioned between the two electrodes,
The photoelectrode includes a conductive transparent substrate, a porous transition metal oxide structure including metal nanoparticles formed on the conductive transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed on the porous transition metal oxide structure,
The porous transition metal oxide structure including the metal nanoparticles includes a first transition metal oxide layer and a second transition metal oxide layer coated on the first transition metal oxide layer.
The photoelectrode is prepared by the method according to claim 1,
Dye - sensitized solar cell.
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