KR20080006735A - 촉매 담지 탄소나노튜브를 이용한 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 담지 탄소나노튜브를 이용한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토 애노드, 금속촉매 입자가 담지된 탄소나노튜브 층을 포함하는 캐소드, 및 상기 포토 애노드와 캐소드 사이에 형성된 전해질 층을 포함하는 태양전지에 관한 것이며, 본 발명에 의한 태양 전지는 제조비용 및 제조공정 면에서 경제적일 뿐 아니라 전해질층과의 증대된 접촉 면적 및 전도특성으로 인해 개선된 촉매활성을 나타내어 이를 태양 전지에 적용하는 경우 우수한 광전 효율을 나타낸다.
태양 전지, 캐소드, 포토 애노드, 담지촉매, 탄소나노튜브, 금속촉매 입자

Description

촉매 담지 탄소나노튜브를 이용한 태양전지 및 그 제조방법 {Photovoltaic Cell Using Catalyst Supporting Carbon Nanotube and Method for Producing the Same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조예 1에 따라 제조된 Pt 입자 담지 탄소나노튜브의 TEM 사진이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 포토 애노드 110, 210: 투명 기판
120, 220: 전도성 물질 130: 금속 산화물막
140: 염료 200: 캐소드
230: 금속 촉매가 담지된 탄소나노튜브층 300: 전해질층
본 발명은 촉매 담지 탄소나노튜브를 이용한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속촉매 입자가 담지되어 있는 탄소 나노튜브를 이 용하여 간단하고 저렴한 공정을 통해 제조할 수 있는 태양 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 대체 에너지원에 대한 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 수십년 이내에 고갈될 석유 자원을 대체하기 위하여 풍력, 원자력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 광범위한 연구가 진행되어 오고 있다.
이들 중 태양 에너지를 이용한 태양 전지는 기타 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경 친화적이므로 많은 각광을 받고 있는데, 그 중 염료감응형 태양 전지는 특히 제작 비용이 현저히 저렴하여 적극 검토되어 오고 있다. 염료감응형 태양 전지는 광을 흡수하여 전자를 생성 및 전달하는 포토 애노드, 포토 애노드와 캐소드 사이에 위치하면서 포토 애노드로 이온을 전달하는 통로 역할을 하는 전해질층, 외부의 임의의 회로를 통해 일을 한 후 복귀한 전자를 전해질층과의 고체/액체 계면에서 산화-환원 반응에 의해 전달하는 캐소드를 포함하는 구조로 이루어진다. 그 중 상기 캐소드는 기판 위에 촉매층을 포함하는 구조로 이루어지는데, 상기 촉매층은 산화-환원 반응을 촉진하는 역할을 한다. 그래서 높은 촉매 활성을 보이면서, 제조단가가 낮은 재료 및 공정이 바람직하다. 종래에는 통상적으로 상기 캐소드의 촉매층은 투명 기판 상에 고가의 백금, 팔라듐 등의 촉매 금속 박막을 진공 증착하여 형성하였다. 그러나, 상기 촉매 금속 박막 또는 입자의 제조 방법은 많은 양의 촉매를 사용하게 되고, 진공 증착에 따른 고가의 진공장비가 필요한 공정을 거치게 되어 제조비용이 문제점이 있을 수 있으며, 전해질층과의 반응 표면적이 적어 촉매 활성이 높지 않은 문제점이 있다.
이와 관련하여 미국특허공개 제2005-92359호는 기판 및 전도성 카본층을 포함하는 캐소드을 구비한 태양 전지에 대해 개시하고 있다. 상기 공개특허는 캐소드에 포함되는 촉매층을 전도성 카본으로 형성함으로써 상기한 반응 표면적의 증대, 제조비용의 저렴화, 제조공정의 효율화 등의 문제를 해결하려고 한다. 그러나 상기 특허의 캐소드는 카본만을 촉매로 사용하기 때문에 금속 입자를 촉매로서 사용하는 경우보다 훨씬 저하된 반응성을 나타내는 문제점을 안고 있다.
한편 일본 특허공개 2004-111216호에는 캐소드를 나노미터 크기의 섬유상 탄소로 형성한 태양전지에 대해서 개시하고 있으나, 변환효율 측면에서 Pt 박막을 형성한 태양전지 대비 떨어지는 효율을 나타내고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제조비용 및 제조공정 면에서 경제적이며 높은 촉매 활성을 보이는 태양 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 포토 애노드, 금속촉매 입자가 담지된 탄소나노튜브 층을 포함하는 캐소드, 및 상기 포토 애노드와 캐소드 사이에 형성된 전해질 층을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 포토 애노드는 투명 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명 전극; 상기 투명 전극 상에 형성된 금속 산화물층; 및 상기 금속 산화물 층에 흡착된 염료를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 탄소 나노튜브로는 직경이 1∼100nm, 길이가 100nm∼2㎛, 비표면적이 50∼1000 m2/g, 면저항이 0.01∼100 Ω/cm2인 것을 사용할 수 있으며, 다중벽, 이중벽 또는 단일벽 구조의 탄소나노튜브를 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 상기 금속촉매 입자는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se), 주석(Sn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 납(Pb), 비스무트(Bi), 이들의 혼합물 또는 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 1 내지 10 nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 기판 상에 금속촉매입자가 담지된 탄소나노튜브 용액을 코팅하여 탄소나노튜브층을 형성하여 캐소드를 제조하는 단계, 상기 캐소드에 마주하여 포토 애노드를 위치시키는 단계, 및 상기 캐소드 및 포토 애노드극 사이에 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 탄소나노튜브층은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이딩, 잉크 젯팅 및 전기영동법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 탄소나노튜브층 형성 후 탄소나노튜브를 활성화 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조이다. 도 1에서 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지는 포토 애노드(100), 금속촉매가 담지된 탄소나노튜브층(230)을 포함하는 캐소드(200) 및 전해질층(300)으로 이루어진다.
종래의 캐소드가 금속촉매 자체를 투명 기판 상에 스퍼터링 또는 진공 증착하여 형성됨으로써 제조비용이 많이 들고 제조과정이 까다로우며 반응 표면적이 적어 낮은 촉매 활성을 나타내는 것과 달리, 본 발명에서는 촉매가 담지된 탄소나노튜브를 이용하여 캐소드를 형성함으로써 이러한 문제점을 해결하였다. 즉, 본 발명은 탄소 나노튜브 상에 나노 크기의 금속촉매 입자가 담지되어 있는 담지 촉매를 이용하기 때문에, 적은 양의 금속으로도 넓은 표면적을 갖는 전극을 상온 용액 공정에 의해 용이하게 제조할 수 있으며, 금속촉매 입자의 로딩(loading) 양을 당업자의 적절한 판단에 따라 자유로이 조절할 수 있어, 특히 제조비용 및 제조공정 면에서 실용적이다. 또한 탄소 나노튜브의 우수한 비표면적 및 전도성 특성으로 인하여 제조된 태양전지의 효율 특성 역시 우수하다.
상기 캐소드를 제조하는데 사용되는 탄소 나노튜브의 직경은 1∼100nm의 범위이며, 바람직하게는 1∼10nm 범위인 것을 사용하나, 이에 제한되지 않는다.
또한 일반적으로 탄소 나노튜브의 길이는 100nm∼2㎛가 되며, 비표면적 특성을 고려할 때 100nm∼1㎛ 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 탄소 나노튜브는 다중벽, 이중벽 또는 단일벽 구조를 모두 사용할 수 있는데, 이를 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 상기 탄소 나노튜브의 비표면적은 50∼1000 m2/g의 범위이며, 면저항 특성은 0.01∼ 100 Ω/cm2 범위이다.
한편 탄소나노튜브에 담지되는 금속촉매 입자로는 특별한 제한은 없으나, 구체적인 예로서 백금(Pt), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se), 주석(Sn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 납(Pb), 비스무트(Bi), 이들의 혼합물 또는 이들의 합금 등이 있다.
상기 촉매금속은 단일 금속 또는 2 이상의 금속 합금일 수 있으며, 태양 전지의 캐소드의 촉매층에 사용되므로 백금 또는 백금 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 금속촉매 입자의 평균 입자 크기가 너무 작으면 촉매반응을 촉진시키지 못할 가능성이 있고, 너무 크면 전체 촉매입자의 반응 표면적이 감소하여 활성이 줄어들 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여, 상기 금속촉매 입자의 평균 입자 크기는 약 1 내지 10 nm 정도이다.
상기한 촉매가 담지된 탄소나노튜브를 이용하여 본 발명의 담지 촉매를 제조하는 방법으로는 함침법, 침전법, 콜로이드법 등 공지된 다양한 담지 촉매 제조방법이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 탄소나노튜브 중 금속촉매 입자의 함량은 당업자의 적절한 판단에 따라 탄소나노튜브 및 금속촉매 전체 중량을 기준으로 약 0.1 내지 80 중량% 정도로 자유로이 조절할 수 있는데, 상기 담지 촉매 중의 금속촉매 입자의 함량이 작으면 태양전지 효율이 저하되고, 반대로 크면 경제적으로 불리하고 촉매 입자 크기가 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양 전지는 전도성 물질(220)이 코팅된 기판(210) 상에 금속입자를 담지한 탄소나노튜브층(230)을 코팅하여 형성된 캐소드(200)를 포함한다.
구체적으로 금속 나노입자가 담지된 탄소나노튜브를 유기용매 내에 고르게 분산시켜 슬러리 내지는 페이스트 조성물을 제조한 후, 이를 일반적인 상온 용액 공정에 의해 기판 상에 코팅함으로써 형성된다.
이와 같이 본 발명은 나노 크기의 금속촉매 입자가 담지되어 있는 탄소나노튜브를 이용하기 때문에 통상의 상온 용액 공정에 의해 캐소드(200)을 형성할 수 있어서 제조비용이 많이 들지 않으며, 제조공정 면에서도 번거롭지 않다.
이 때, 상기 유기용매로는 통상의 유기용매를 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올, 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란(THF), 테트라부틸아세테이트, n-부틸아세테이트, m-크레졸, 톨루엔, 에틸렌글리콜(EG), γ-부티로락톤, 헥사플루오로이소프로판올(HFIP) 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 슬러리 또는 페이스트 조성물에는 통상의 바인더 수지, 점도 조절제, 소포제, 분산제, 충진제 등 기타의 첨가제가 추가로 사용될 수 있는데, 그 구체적인 예로 Elvacite, 글래스 프릿, 에틸렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등이 사용될 수 있으며, 유동성 조절을 위한 첨가제로서 터피네올, 다이옥틸프탈레이트, 폴리에틸렌글라이콜 등이 첨가될 수 있다.
상온 용액 공정의 구체적인 예로는 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이딩, 잉크 젯팅, 전기영동법 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(210)으로는 유리 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 전도성 측면의 개선을 위하여, 상기 투명 기판으로 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등의 전도성 물질(220)이 코팅된 투명 기판(210)을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드는 제조비용이 저렴하고 제조공정이 간단할 뿐 아니라 전해질층과의 접촉 표면적이 확대되어 높은 촉매 활성을 나타내며, 전도성이 우수하여 이를 태양 전지에 응용하는 경우 전자 전달 성능이 개선되어 우수한 광전효율을 나타낼 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지에 포함되는 포토 애노드(100)는 전도성 물질(120)이 코팅된 투명 기판(110) 상에 다공성의 금속 산화물을 도포 및 소성하여 금속 산화물막(130)을 형성한 다음, 이를 염료가 용해되어 있는 용액에 일정 시간 함침시켜 상기 금속 산화물막의 표면에 염료(140)가 흡착되도록 함으로써 형성할 수 있다.
이 때, 상기 투명 기판(110)으로는 위에서 본 발명의 캐소드에 대해 설명한 것과 동일한 기판을 사용할 수 있다.
상기 금속 산화물(130)로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 텅스텐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물의 도포 방법으로는 스크린 프린팅, 스핀 코팅 등의 일반적인 코팅 방법을 사용할 수 있다.
상기 염료(140)로는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로는 루테늄 착물, 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카프리블루, 티오신, 메틸렌 블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환퀴논계 색소 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예에 따른 염료 감응형 태양전지에 포함되는 전해질층(300)은 전해액으로 이루어지고, 예를 들면 요오드의 아세토나이트릴 용액, NMP용액, 3-메톡시프로피오나이트릴 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 보다 구체적으로는 기판 상에 금속촉매입자가 담지된 탄소나노튜브 용액을 코팅하여 탄소나노튜브층을 형성하여 캐소드를 제조하는 단계, 상기 캐소드에 마주하여 포토 애노드를 위치시키는 단계, 및 상기 캐소드 및 포토 애노드극 사이에 전해질층을 형성하는 단계를 거쳐서 진행될 수 있다.
이 때 상기 탄소나노튜브층은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이딩, 잉크 젯팅, 전기 영동법 등을 이용하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 탄소나노튜브층 형성 후 탄소나노튜브를 활성화 하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 활성화 단계는 종래 알려진 테이프 활성화법(Tape Activiation), 플라즈마 활성화법(Plasma Activation), 화학적 에칭법(Chemical Etching) 등을 이용할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[ Pt 가 담지된 탄소나노튜브 제조]
< 제조예 1 >
에틸렌글리콜 20g에 H2PtCl6 0.9422g을 넣고 용해시켰다. 이와는 별도로 단일벽 탄소나노튜브 0.25g을 물 100g 및 에틸렌글리콜 80g을 넣고 분산시켰다. 제조된 탄소나노튜브 용액을 상기에서 제조된 Pt용액에 투입한 후 NaOH를 이용하여 pH를 11로 조절한 후 온도를 105℃에서 2시간 유지하고, 110℃에서 1시간 유지하여 Pt 환원 및 담지를 진행하였다. 반응 완료후 반응용액을 원심분리하여 물로 세척하고, 원심분리된 Pt 담지 탄소나노튜브를 동결건조하였다. 도 2는 탄소가 담지된 Pt의 TEM 사진을 나타낸다.
[ 캐소드 제조]
< 제조예 2>
제조예 1에서 제조된 Pt 담지 탄소나노튜브 0.55g, 글래스 프릿 0.5g, 바인더 14g, 터피네올 15g을 혼합한 후 3-롤 밀에서 30분간 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 FTO가 코팅된 유리기판 상에 코팅한 후 70℃에서 30분 간 건조시켰다. 다음으로 430℃에서 20분간 질소분위기에서 소성한 후 표면처리를 행하여 캐소드를 제조하였다.
<제조예 3>
상기 제조예 2에서 물리적 활성화법(mechanical activation)에 의해 코팅된 탄소나노튜브를 활성화하는 단계를 추가로 진행한 것을 제외하고는 상기 제조예 2와 동일한 방법으로 실시하여 캐소드를 제조하였다.
[태양 전지의 제조]
< 실시예 1 >
유리 기판 상에 스퍼터를 사용하여 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO)를 도포한 후, 입경 20nm 크기의 TiO2 입자 페이스트를 스크린 프린팅법을 이용하여 도포하고 450℃에서 30분간 소성하여 약 15㎛ 두께의 다공성 TiO2 막을 제작하였다. 이어서 상기 TiO2 막이 형성된 유리 기판을 0.3mM 농도의 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 침지한 후 건조시켜 상기 염료를 TiO2 층 표면에 전 흡착시킴으로써 포토 애노드를 제조하였다.
이어서 포토 애노드와 상기 제조예 2에서 얻어진 캐소드를 조립하였다. 이 때 포토 애노드와 캐소드 사이에 SURLYN (Du Pont사 제조)으로 이루어지는 약 25미크론 두께의 고분자를 놓고 약 100 내지 120℃의 가열판 상에서 약 1 내지 3기압으 로 상기 두 전극을 밀착시켰다. 열 및 압력에 의하여 상기 고분자가 상기 두 전극의 표면에 밀착되었다.
다음으로 상기 양극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 두 전극 사이의 공간에 전해질 용액을 충진하여 본 발명에 따른 염료감응형 태양 전지를 완성하였다. 상기 전해질 용액은 0.6M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드 (1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드), 0.2M LiI, 0.04M I2 및 0.2M 4-tert-부틸 피리딘(TBP: 4-tert-부틸피리딘)을 아세토나이트릴에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액을 사용하였다.
<실시예 2>
캐소드로 제조예 3에서 제조된 것을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
<비교예>
캐소드로 ITO가 코팅된 유리기판 상에 Pt를 200nm증착시켜 형성된 것을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[태양 전지의 특성 평가]
상기 실시예 1, 2 및 비교예에서 제조한 소자의 광전효율을 측정하기 위해 광전압 및 광전류를 측정하였다. 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel, 01193)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양 조건(AM 1.5)은 표준 태양 전지(Furnhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-Si + KG 필터)를 사용하여 보정하였다. 측정된 광전류 전압 곡선으로부터 계산된 전류밀도(Isc), 전압(Voc) 및 충진 계수(fill factor, FF)를 하기 광전환 효율 계산식을 통해 계산한 광전 효율(ηe)을 하기 표 1에 나타내었다.
ηe = (Voc·Isc·FF)/(Pinc)
상기 식에서, Pinc는 100mw/cm2(1sun)을 나타낸다.
TiO2 두께 Jsc(mA/cm2) Voc(mV) FF h(%)
실시예 1 17.82 9.896 649.8 0.746 4.819
실시예 2 17.85 10.431 637.7 0.733 4.893
비교예 16.27 8.012 615.0 0.722 3.570
상기 표 1에 나타난 바와 같이 Pt가 담지된 탄소나노튜브를 사용하여 캐소드를 형성하는 경우, Pt 증착법에 의해 캐소드를 형성한 경우보다 우수한 효율을 나타냄을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 촉매가 담지된 탄소나노튜브를 이용하여 캐소드를 제조함으로서 제조비용 및 제조공정 면에서 경제적일 뿐 아니라 전해질층 과의 증대된 접촉면적 및 전도성으로 인해 개선된 촉매활성을 나타내는 염료감응형 태양 전지를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 포토 애노드;
    금속촉매 입자가 담지된 탄소나노튜브 층을 포함하는 캐소드; 및
    상기 포토 애노드와 캐소드 사이에 형성된 전해질 층을 포함하는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포토 애노드는 투명 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명 전극; 상기 투명 전극 상에 형성된 금속 산화물층; 및 상기 금속 산화물 층에 흡착된 염료를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브의 직경이 1∼100nm인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브의 길이가 100nm∼2㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 다중벽, 이중벽, 단일벽 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브의 비표면적이 50∼1000 m2/g인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브의 면저항은 0.01∼100 Ω/cm2인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 금속촉매 입자가 백금(Pt), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 셀레늄(Se), 주석(Sn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 납(Pb), 비스무트(Bi), 이들의 혼합물 또는 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 금속촉매 입자가 백금(Pt) 또는 백금합금인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 금속촉매 입자가 1 내지 10 nm의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브로의 금속촉매 입자의 담지함량이 상기 탄소나노튜브 및 금속촉매 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 80중량%인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브층이 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이딩, 잉크 젯팅 및 전기영동법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 투명기판이 유리 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 기판 상에 금속촉매입자가 담지된 탄소나노튜브 용액을 코팅하여 탄소나노튜브층을 형성하여 캐소드를 제조하는 단계;
    상기 캐소드에 마주하여 포토 애노드를 위치시키는 단계; 및
    상기 캐소드 및 포토 애노드극 사이에 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 탄소나노튜브층이 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이딩, 잉크 젯팅 및 전기영동법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 탄소나노튜브층 형성 후 탄소나노튜브를 활성화 하는 단계를 추가로 포함하는 태양전지의 제조방법.
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