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KR100656367B1 - 저온에서 소결 가능한 반도체 전극용 조성물 및 이를이용한 염료감응 태양 전지 - Google Patents

저온에서 소결 가능한 반도체 전극용 조성물 및 이를이용한 염료감응 태양 전지 Download PDF

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KR100656367B1
KR100656367B1 KR1020050112959A KR20050112959A KR100656367B1 KR 100656367 B1 KR100656367 B1 KR 100656367B1 KR 1020050112959 A KR1020050112959 A KR 1020050112959A KR 20050112959 A KR20050112959 A KR 20050112959A KR 100656367 B1 KR100656367 B1 KR 100656367B1
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KR
South Korea
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composition
dye
solar cell
sensitized solar
solution
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Application number
KR1020050112959A
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English (en)
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박남규
김광만
류광선
강만구
장순호
Original Assignee
한국전자통신연구원
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Publication date
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Priority to AU2006228076A priority patent/AU2006228076C1/en
Priority to JP2006316515A priority patent/JP4750000B2/ja
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Abstract

본 발명은 저온에서 입자간 소결이 가능한 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지를 개시한다. 본 발명에 따른 반도체 전극용 조성물은 나노 입자의 산화물 콜로이드 용액과 염기성 수용액을 포함한다. 따라서 상기 반도체 전극용 조성물은 결합제를 포함하지 않음에도 저온에서 입자간 소결이 가능케 된다. 또한 상기 반도체 전극용 조성물을 전도성 기판에 도포한 후, TiCl4 용액으로 후처리함으로써 저온에서 입자 간 소결을 더욱 강화시킨다. 상기와 같은 반도체 전극용 조성물을 이용하여 제조된 염료감응 태양전지는 우수한 광전변환 효율을 가질 수 있다.
염료감응 태양전지, 반도체 전극, 티타늄 산화물, 암모니아수, 결합제

Description

저온에서 소결 가능한 반도체 전극용 조성물 및 이를 이용한 염료감응 태양 전지{Composition of semiconductor electrode enable to sintering at low temperature, and Dye-sensitized solar cells comprising the composition}
도 1은 본 발명에 따른 반도체 전극용 조성물을 제조하는 과정에서 나노입자 티타늄 산화물(TiO2) 콜로이드 용액 (a) 과 상기 콜로이드 용액에 암모니아수를 첨가한 페이스트 조성물 (b)를 비교한 사진이다.
도 2는 나노입자의 티타늄 산화물에 대한 암모니아수의 무게 비에 따른 본 발명의 반도체 전극용 조성물의 점도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 나노입자의 티타늄 산화물 콜로이드 용액에 암모니아수를 넣기 전과 넣은 후의 점도 변화를 도식화 한 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 광전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 광전변환효율 (incident photon-to-current conversion efficiency; IPCE)을 나타낸 그래프이다.
도 7은 TiCl4 수용액을 처리한 본 발명의 염료감응 태양전지의 광전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 특히 나노입자의 티타늄 산화물 반도체 전극을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
염료감응 태양전지는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로서 값싸고 11%의 에너지변환 효율을 가지기 때문에, 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 염료감응 태양전지는 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물이 코팅 된 투명전도성 전극과 나노입자 금속 플라티늄 또는 탄소 등이 코팅 된 대전극, 그리고 요오드계 산화-환원 전해질로 구성된다.
일반적으로 투명전도성 유리 기판을 사용하여 염료감응 태양전지를 제조하는 제조공정은 다음과 같다. 나노결정 티타늄 산화물 필름을 유리기판에 코팅하여 450℃ 이상의 고온에서 열처리하여 티타늄 산화물 전극을 제작한다. 이때 나노입자의 티타늄 산화물 콜로이드 용액에 carbowax 와 같은 고분자를 혼합하여 점도가 높은 코팅액을 만들고, 유리 기판에 코팅한 후 공기 중 또는 산소 중에서 450 - 500℃ 고온에서 약 30분간 열처리하여 만든다. 450℃ 이상의 고온에서 열처리하는 이유는 고분자를 태워 제거하는 목적, 나노입자와 투명전도성 기판 간의 접착성 향상 그리고 나노입자 간 상호연결(necking 또는 inter-connection)을 유도하기 위해서이다. 따라서 이와 같이 450℃ 이상의 고온에서 제조된 나노입자 티타늄 산화물 필름은 나노입자 간 상호연결성이 우수하여 광전변환 특성이 우수하다.
플렉시블한 특성을 갖는 염료감응 태양전지를 제조하기 위해서는 투명전도성 유리 기판 대신에 투명전도성 플라스틱 기판을 사용하여야 한다. 플라스틱 염료감응 태양전지의 티타늄 산화물 전극을 제작하기 위해서는 플라스틱 기판이 견딜 수 있는 온도 (예를 들면 PET 경우 150 ℃) 이하에서 티타늄 산화물 전극을 형성해야 하며, 저온에서 형성된 티타늄 산화물 필름은 나노입자 간 상호연결성이 우수해야 한다. 따라서 유리 기판에 사용하는 carbowax 와 같은 고분자가 첨가된 고온코팅용 나노입자의 티타늄 산화물 콜로이드 용액을 플라스틱 기판에 적용할 수 없다. 따라서 저온에서도 입자 간의 상호연결성이 우수한 특성을 갖는 티타늄 산화물 필름을 제조하기 위해서는 고분자가 첨가되지 않은 저온코팅용 티타늄 산화물 코팅액이 필요하다.
지금까지 알려진 또는 개발된 저온코팅용 용액제조 방법은 대부분 단순하게 나노입자 티타늄 산화물을 물이나 알코올에 분산시켜 제조하였기 때문에, 코팅액의 점도를 조절하기 어려우며, 그 결과 코팅두께 및 코팅 상태를 조절하기가 용이하지 않게 된다. 또한, 물 또는 알코올만 사용할 경우에는 저온에서 티타늄 산화물 입자 간 상호연결을 유도하기가 어렵다. 따라서 새로운 저온코팅용 티타늄 산화물 페이스트 조성물의 개발이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 저온에서도 나노 입자 간의 상호 연결성을 증진시켜 소결 가능한 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 저온에서도 소결 가능한 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물을 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 저온에서도 소결 가능한 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물을 이용하여 기판 손상을 방지하고 광전변환효율이 우수한 염료감응 태양전지를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 저온에서도 소결 가능한 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물을 이용하여 염료감응 태양전지를 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 나노 입자의 산화물을 함유하는 콜로이드 용액과 염기성 수용액을 포함하는 페이스트 조성물을 포함한다. 상기 페이스트 조성물은 결합제를 포함하지 않고도 염료감응 태양전지의 반도체 전극으로 유용하게 이용될 수 있다. 상기 나노 입자의 산화물로는 TiO2, ZnO, 또는 Nb2O5 등을 사용할 수 있으며, 상기 염기성 수용액은 암모니아 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 반도체 전극용 조성물을 제조하는 방법을 포함한다. 상세하게, 나노 입자의 산화물과 용매를 수열반응시켜 산화물 콜로이드 용액을 제조하여 용매를 알코올로 치환한다. 용매가 알코올로 치환된 콜로이드 용액에 염기성 수용액을 가하여 페이스트 조성물을 형성함으로써 염료감응 태양전지의 반도체 전극으로 이용될 수 있는 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 페이스트 조성물이 도포 된 반도체 전극과 상대 전극과 상기 반도체 전극과 상대 전극 사이에 개재된 전해질 용액으로 구성된 염료감응 태양전지를 포함한다.
상기 전도성 기판은 전도성 플라스틱 기판, 전도성 유리 기판, 전도성 금속 기판, 반도체 기판 또는 부도체 기판 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 전도성 플라스틱 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반도체 전극은 상기 페이스트 조성물에 화학적으로 흡착되어 있는 염료 분자층을 더 포함한다. 상기 염료 분자층은 루테늄 착제로 이루어진다. 상기 상대 전극은 전도성 투명 기판과 백금층이 코팅된 투명 기판을 사용할 수 있으며, 상기 전해질 용액은 요오드계 산화 환원 전해질을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 전도성 유리기판상에 상기 페이스트 조성물을 도포하고 상온 내지 200℃에서 건조하여 반도체 전극을 형성한다. 바람직하게 상기 건조된 반도체 전극을 TiCl4 용액에 함침하고 상온 내지 200℃에서 다시 건조하여 제조할 수 있다. 그리고 전도성 기판에 백금을 코팅하여 상대전극을 형성하고, 상기 반도체 전극과 상기 상대전극 사이에 전해질 용액을 가하여 염료감응 태양전지를 제조하는 방법을 포함한다.
따라서 상기 페이스트 조성물은 결합제를 함유하지 않음에도 저온에서 나노 입자의 소결이 가능하도록 한다. 더욱이 상기 페이스트 조성물이 도포된 반도체 전극을 TiCl4 용액으로 후처리 함으로써 나노 입자의 소결을 더욱 강화한다. 따라서 상기 페이스트 조성물은 저온에서 소결하여 반도체 전극을 제조함으로써 고온으로 인한 기판의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 저온에서도 소결 가능한 상기 페이스트 조성물이 도포된 반도체 전극을 이용하여 광전변환 효율이 우수한 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물 및 이를 이용한 염료감응 태양전지의 제조예를 설명한다. 또한, 상기 염료감응 태양전지의 전기적 특성을 측정한 실험예를 설명한다. 상기 제조예 및 실험예는 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 제조예 및 실험예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려 여기서 소개되는 제조예 및 실험예들은 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시될 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되는 것들이다.
다음에 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물의 제조예를 설명한다. 상기 반도체 전극용 조성물은 나노 입자의 TiO2, ZnO, 또는 Nb2O5 등 을 사용할 수 있지만 본 실시예에서는 티타늄 산화물을 포함하는 반도체 전극을 예시한다.
나노입자의 티타늄 산화물 콜로이드 수용액은 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide), 아세트산(acetic acid), 이소프로판올(isopropanol), 물(water) 등을 이용하여 기존에 잘 알려진 수열합성법으로 230℃에서 12시간 반응시킨 후. 원심분리기를 이용하여 물을 제거하고 알코올에 재분산하여 티타늄 산화물 콜로이드 수용액을 제조한다. 저온 코팅용 반도체 전극용 조성물를 제조하기 위하여, 수열합성법으로 제조된 티타늄 산화물 콜로이드 수용액에 티타늄 산화물이 상기 콜로이드 수용액의 중량 대비 5-20중량%, 바람직하게는 10-15중량% 포함되는 것이 바람직하다.
나노 입자의 티타늄 산화물이 12.5중량% 포함된 콜로이드 용액 10g 에 10 몰 암모니아 수용액을 자석젓개로 교반 하면서 한 방울씩 천천히 가한다. 상기 콜로이드 수용액과 상기 암모니아 수용액이 1:0.1-10중량% 비율로 혼합되도록 제조한다. 상기 암모니아 수용액은 1 ~ 10 몰로 다양하게 제조 가능하다. 상기 콜로이드 용액에 암모니아 수용액이 첨가될수록 크림과 같은 페이스트 상태로 변화되어 반도체 전극용 조성물을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 전극용 조성물를 제조하는 과정에서 나노입자 티타늄 산화물(TiO2) 콜로이드 용액(a) 과 상기 콜로이드 용액에 암모니아수를 첨가한 페이스트 조성물(b)을 비교한 사진이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 액체상의 나노입자 티타늄 산화물 콜로이드 용액을 확인할 수 있으며, (b)를 참조하면 상기 콜로이드 수용액에 암모니아 수용액을 첨가 후 점도가 높은 페이스트 조성물이 형성됨을 확인할 수 있다.
도 2는 나노입자의 티타늄 산화물에 대한 암모니아 수용액의 중량비에 따른 본 발명의 반도체 전극용 조성물의 점도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 암모니아 수용액을 첨가하기 전 티타늄 산화물함유 콜로이드 용액은 100 cP 이하의 저점도를 갖는다. 상기 콜로이드 용액에 티타늄 산화물을 기준으로 0.5중량%의 암모니아를 첨가한 반도체 전극용 조성물은 30,000 cP의 고점도를 갖는다. 5중량% 첨가 후에는 53,000 cP의 매우 높은 점도를 얻게 된다. 5중량% 이후에는 점도가 약간 감소하는데, 그 이유는 암모니아수에 포함된 증류수 양의 증가로 점도가 약간 감소하게 되기 때문이다.
도 3a 및 도 3b는 나노입자의 티타늄 산화물 콜로이드 용액에 암모니아수를 넣기 전과 넣은 후의 점도 변화를 도식화한 그림이다.
도 3(a)을 참조하면, 점도 100 cP 이하의 티타늄 산화물 콜로이드 용액(pH = 1.9)의 나노 입자들의 간격이 떨어져 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 3(b)을 참조하면, 상기 콜로이드 용액에 소량의 암모니아수를 첨가하면 점도 53,000 cP 의 고점도 페이스트 조성물(pH = 2.2 - 3.6)이 형성되는데, 이때 나노 입자들이 일부가 뭉쳐짐을 알 수 있었다. 이는 암모니아수 첨가 후 수소 양이온으로 형성된 나노입자 티타늄 산화물의 표면전하가 염기성 물질의 중성 효과에 의해 표면전하가 감소하고, 아세트산 음이온과 암모늄 양이온 등의 전해질의 증가 에 의해 나노입자 간 응집(flocculation)이 발달하기 때문이다.
다음에 상기에서 제조된 페이스트 조성물을 이용한 본 발명의 염료감응 태양전지를 제조한 예를 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로, 이를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 반도체 전극(10)과 상대 전극(20), 및 이들의 사이에 개재되어 있는 전해질 용액(30)을 포함한다.
상기 반도체 전극(10)은 투명전도성 기판(12)에 상기 페이스트 조성물(14)을 닥터 블레이드 법으로 코팅하여 제조된다. 상세하게, 상기 페이스트 조성물(14)을 투명전도성 플라스틱 기판 또는 투명전도성 유리기판과 같은 투명전도성 기판(12)에 코팅한 후 150℃ 상압 조건에서 10-30 분 건조한다. 건조된 티타늄 산화물이 코팅된 투명전도성 기판은 0.01M - 0.6M TiCl4 수용액, 바람직하게는 0.1-0.3M TiCl4 수용액에 1-10분간 담근 뒤 꺼내어 공기로 건조하고 150℃ 상압 조건에서 10-60분간 건조하여 반도체 전극(10)을 제조할 수 있다.
상기 상대 전극(20)은 투명전도성 기판(22)에 백금(24)을 코팅하여 제조한다. 따라서 상기 상대 전극(20)의 백금(24)은 상기 반도체 전극(10)의 페이스트 조성물(14)과 대향 되도록 배치된다. 반도체 전극(10)과 상대 전극(20) 사이에 고분자층(40)을 놓고 상기 두 전극을 밀착시킨다. 이때, 열 및 압력을 가하여 상기 고분자층(40)이 상기 두 전극의 표면에 강하게 부착되도록 한다. 상기 두 전극이 부 착된 후, 상대 전극에 형성된 미세 구멍(26)을 통하여 전해질 용액(30)을 채워 넣는다. 상기 전해질 용액(30)은 요오드계 산화 환원 전해질을 사용할 수 있다. 상기 전해질 용액(30)이 다 채워진 후, 얇은 유리를 순간적으로 가열함으로써 상기 미세 구멍(26)을 막아 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 완성한다.
도 5는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 광전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
실험군으로 상기 투명전도성 기판에 상기 반도체 전극용 조성물을 4.2m 두께로 코팅하고 건조한 후, 150℃ 저온에서 TiCl4 수용액으로 처리하여 제조된 반도체 전극을 이용한 염료감응 태양전지를 사용하였다. 대조군으로는 상기 투명전도성 기판에 고분자 결합제를 포함하는 티타늄 산화물의 페이스트 조성물을 4.7m 두께로 코팅하여 500℃에서 30분간 열처리하여 제조한 반도체 전극을 이용한 염료감응 태양전지를 사용하였다. 상기 실험군과 대조군의 광전류-전압 특성을 평가하였다. 평가 결과를 도 5 및 하기 표 1에 나타내었다. 도 5에서 실험군은 (d)로 대조군은 (c)로 나타내었다. 도 5를 참조하면, 전반적으로 실험군과 대조군은 유사한 전기적 특성을 나타내었다. 상세하게 하기 표 1을 참조하면, AM 1.5G - 1 태양조건 (1000 W/m2)에서 실험군은 4.18% 에너지 변환효율을 나타내었으며, 실험군은 4.27% 에너지 변환효율을 보였다.
Figure 112005067952187-pat00001
도 6은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 광전변환효율 (incident photon-to-current conversion efficiency; IPCE)을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 실험군과 대조군에 대한 광전변환효율(incident photon-to-current conversion efficiency; IPCE) 특성을 보여주고 있다. 도 6에서 실험군은 (f)로 대조군은 (e)로 나타내었다. 각 파장에 따른 IPCE 특성으로부터 반도체 전극이 150℃ 이하의 저온에서 제조된 경우 500℃ 이상의 고온 열처리에 의해 제조되어 나노입자 간 소결 특성이 우수한 반도체 전극과 유사한 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명은 결합제를 포함하지 않으면서 저온 공정에서 제조되어도 에너지 변환 효율이 우수한 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.
도 7은 TiCl4 수용액을 처리한 본 발명의 염료감응 태양전지의 광전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
20중량%의 빛 산란 티타늄 산화물 입자(직경 400 nm, 아나타제형)를 포함한 페이스트 조성물로 코팅된 반도체 전극을 TiCl4 수용액으로 처리하여 제조한 염료감응 태양전지의 광전류 전압 특성을 평가하였다. 상기 코팅은 150℃ 이하에서 4.5m 두께로 행하여졌다. 도 7 및 하기 표 2를 참조하면, AM 1.5G-1 태양조건(1000 W/m2)에서 4.8%의 높은 에너지변환 효율을 나타냄을 확인할 수 있다. 150℃ 이하의 저온에서도 고온 열처리에서 얻을 수 있는 전기적 특성이 가능한 이유는 일차적으로 나노 입자 간 연결이 본 발명에 따른 반도체 전극용 조성물의 조성 성분에 특징이 있으며, 이차적으로 TiCl4 화학적 후처리에 의해 상기 나노 입자간 소결이 강화되었기 때문이다. 따라서 본 발명은 150℃ 이하의 낮은 온도에서도 나노 입자 간 소결이 가능함을 보여주고 있다.
Figure 112005067952187-pat00002
상기한 바와 같이, 본 발명은 티타늄 산화물 콜로이드 용액 및 암모니아 수용액을 포함하는 반도체 전극용 조성물을 제공함으로써 결합제를 포함하지 않으면서 저온 공정에서 입자 간 소결이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 티타늄 산화물 콜로이드 용액을 합성한 후 여기에 암모니아 수용액을 첨가하여 점성을 갖는 반도체 전극용 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면 저온에서도 입자 간 소결이 가능하도록 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물을 효과적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 염료감응 태양전지는 저온에서도 입자 간 소결이 가능한 반도체 전극용 조성물을 포함함으로써 우수한 전기적 특성을 나타내며 이로 인해 광 전변환 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 페이스트 조성물을 투명전도 기판에 코팅하고 저온에서 건조함에도 입자 간 소결이 가능케 된 반도체 전극을 제조하고, 상대 전극 및 상기 전극들 사이에 전해질 용액을 가하여 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 상기 코팅 후 TiCl4 화학적 후처리 함으로써 입자 간 소결을 더욱 강화한 반도체 전극을 제조할 수 있다. 상기 반도체 전극용 조성물을 저온에서 코팅함으로 고온에 의한 기판 손상 문제를 방지하고, 입자 간 상호 연결을 증진시킴으로써 코팅두께 및 코팅 상태를 용이하게 조절할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (11)

  1. 나노 입자의 산화물을 함유하는 콜로이드 용액과 염기성 수용액을 포함하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 나노 입자의 산화물은 TiO2, ZnO, 및 Nb2O5 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나임을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 염기성 수용액은 암모니아 수용액임을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 콜로이드 용액 및 상기 염기성 수용액은 1: 0.1~10 중량 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물.
  5. 나노 입자의 산화물과 용매를 수열반응시켜 나노 입자를 함유하는 산화물 콜로이드 용액을 제조하는 단계,
    상기 콜로이드 용액의 용매를 알코올로 치환하는 단계,
    상기 용매가 알코올로 치환된 콜로이드 용액에 염기성 수용액을 가하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 용매가 알코올로 치환된 콜로이드 용액에 염기성 수용액을 가하면서 교반하는 단계를 더 포함하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극용 조성물의 제조 방법.
  7. 전도성 기판에 나노 입자의 산화물을 함유하는 콜로이드 용액과 염기성 용액을 포함하는 페이스트 조성물이 도포 된 반도체 전극,
    상대 전극, 및
    상기 반도체 전극과 상대 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하는 염료감응 태양전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전도성 기판은 전도성 플라스틱 기판임을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  9. 제1 전도성 기판상에 상기 청구항 제1항의 반도체 전극용 조성물을 도포하는 단계,
    상기 반도체 전극용 조성물이 도포 된 제1 전도성 기판을 상온 내지 200℃ 에서 1차 건조하는 단계,
    상기 제1 전도성 기판에 염료 분자층을 형성하여 반도체 전극을 완성하는 단계,
    제2 전도성 기판에 도전물을 코팅하여 상대전극을 형성하는 단계. 및
    상기 반도체 전극과 상기 상대전극 사이에 전해질 용액을 가하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 전도성 기판을 TiCl4 용액에 함침하고 상온 내지 200℃에서 2차 건조하는 단계를 더 포함하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 제1 전도성 기판상에 상기 청구항 제1항의 반도체 전극용 조성물을 닥터 블레이드 방법을 이용하여 도포하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220454B1 (ko) * 2009-05-14 2013-01-18 한국전자통신연구원 염료감응 태양전지 반도체 전극용 비수용성 페이스트 조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 염료감응 태양전지
KR101386148B1 (ko) * 2010-07-26 2014-04-24 한국전기연구원 무소결 TiO₂ 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 TiO₂ 전극

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI387117B (zh) * 2010-05-04 2013-02-21 Univ Nat Taiwan 太陽能電池裝置及其製造方法
GB2480280A (en) * 2010-05-11 2011-11-16 Univ Bangor Ultar-Low Temperature sintering of dye-sensitised solar cells
GB201202307D0 (en) * 2012-02-10 2012-03-28 Univ Bangor Low temperture sintering of dye-sensitised solar cells using metal peroxide

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010035855A (ko) * 1999-10-04 2001-05-07 학교법인 인하학원 티탄 산화물 박막의 제조방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH674596A5 (ko) * 1988-02-12 1990-06-15 Sulzer Ag
DE19530574A1 (de) * 1995-08-19 1997-02-20 Basf Ag Titandioxid-Pigmente
DE19635556C1 (de) * 1996-09-02 1997-11-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur Herstellung von hochporösen Schichten
EP0855726B1 (en) * 1997-01-22 2006-01-25 Greatcell Solar S.A. Solar cell and process of making same
JP3080162B2 (ja) * 1998-01-27 2000-08-21 日本パーカライジング株式会社 酸化チタンゾルおよびその製造方法
US6444189B1 (en) * 1998-05-18 2002-09-03 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making and using titanium oxide particles
US6075203A (en) * 1998-05-18 2000-06-13 E. I. Du Pont Nemours And Company Photovoltaic cells
JP3952103B2 (ja) * 1998-05-29 2007-08-01 触媒化成工業株式会社 光電気セルおよび光電気セル用金属酸化物半導体膜の製造方法
EP1176155B1 (en) * 2000-07-28 2003-10-29 Kuraray Co., Ltd. Process for producing vinyl alcohol polymer compositions
JP4278080B2 (ja) * 2000-09-27 2009-06-10 富士フイルム株式会社 高感度受光素子及びイメージセンサー
WO2003065394A2 (en) * 2002-01-25 2003-08-07 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell components and materials
JP4392231B2 (ja) * 2003-12-05 2009-12-24 日本特殊陶業株式会社 長繊維状ナノ酸化チタン
EP1775120A4 (en) * 2004-06-29 2009-12-02 Mitsui Chemicals Inc FINE TITANIUM DIOXIDE PARTICLES OF MODIFIED RUTILE TYPE AT TIN
KR100582552B1 (ko) * 2004-09-23 2006-05-23 한국전자통신연구원 무바인더 및 고점도 나노 입자 산화물 페이스트를 이용한염료감응 태양전지의 나노 입자 산화물 전극 형성 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010035855A (ko) * 1999-10-04 2001-05-07 학교법인 인하학원 티탄 산화물 박막의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220454B1 (ko) * 2009-05-14 2013-01-18 한국전자통신연구원 염료감응 태양전지 반도체 전극용 비수용성 페이스트 조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 염료감응 태양전지
KR101386148B1 (ko) * 2010-07-26 2014-04-24 한국전기연구원 무소결 TiO₂ 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 TiO₂ 전극

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