수열합성에 의한 TiO2 나노분말/나노튜브 합성 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지 제조

초록

염료감응형 태양전지는 염료 (N719)를 흡착 할 수 있는 전극 소재로써 밴드갭 에너지가 큰 나노 결정 산화물인 합성 TiO₂ 광전극으로 사용하고 태양광을 염료가 흡수하여 발생시킨 전자를 광전극의 전도대로 전달되고 투명전극을 통하여 전자가 전달되는 회로가 형성된다. 또한, 활성화된 염료는 전해질 속에 있는 요오드를 통하여 전자를 흡수하고 상대전극인 Pt 촉매를 통하여 다시 전자가 공급되는 전자순환회로를 이용하여 포톤에너지를 전기에너지로 전환시키는 메커니즘을 가지고 있다. 따라서 TiO₂ 광전극은 염료를 가능한 많이 흡수하기 위하여서 입자크기가 작고 비표면적이 높은 특성이 요구되면서, 전자전달을 용이하게 하기 위해서는 나노입자의 연결이 잘 이루어져야 하는 상호 대립적인 특성을 요구한다. 이를 해결하기 위해서 본 연구에서는 TiO₂ 나노입자를 수열합성법으로 합성하였고, 또한 나노입자의 연결성을 좋게 하기 위해서 TiO₂ 나노튜브를 합성하여 나노입자와 혼합하는 것에 의하여 입자간 연결성을 향상시키려는 연구를 진행하였다. 나노분말은 Titanium iso-propoxide를 출발물질로 하여 가수분해 과정을 거쳐 수열합성을 통해 입자를 성장시킬 수 있었으며, 이 때 입자의 크기는 15~20nm이며 XRD 분석결과 아나타제 상인 것을 확인할 수 있었다. 나노튜브 제조법으로는 합성된 나노분말을 15M NaOH에 넣어 수열합성 시키는 것에 의하여 길이 수 μm, 폭 ~10 nm의 나노튜브를 얻을 수 있었다. 나노분말/나노튜브의 혼합비를 조절하여 스크린 프린팅 방법으로 10~15μm의 막을 형성하였으며, 상대전극으로는 Pt전극을 사용하였고 전해질로는 I-/I3- 를 사용하여 셀을 제작 하였다. 이를 1 Sun AM1.5 (100mW/cm²) solar simulator를 이용하여 효율을 측정하였다.