纳米结构体阵列基板及其制备方法和染料敏化太阳能电池技术

本发明专利技术提供一种纳米结构体阵列基板、其制备方法以及利用其的染料敏化太阳能电池。本发明专利技术的特征在于，上述纳米结构体阵列基板包括从基板垂直取向且相互分离的多个氧化金属纳米结构体；上述氧化金属纳米结构体是氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒或二氧化钛纳米管。上述纳米结构体阵列基板的制备方法包括如下步骤：从形成在基板上的种子层形成垂直取向的氧化锌纳米棒的步骤；以及在上述氧化锌纳米棒上涂敷二氧化钛溶胶之后进行烧结来形成氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒的步骤。根据本发明专利技术，容易确保基板的透明性以及柔韧性，并能够使用染料敏化太阳能电池的光电极来提高电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米结构体阵列基板、其制备方法以及应用，更详细地，涉及一种氧化金属纳米结构体阵列基板、其制备方法以及利用其的染料敏化太阳能电池(Nanostructures array substrate, method for fabricating the same anddye-senstized solar cell using the same)。
技术介绍
纳米棒(nanorod)或纳米线(nanowire)等具有纳米大小的一维结构体因其固有的光学特性、电特性而被应用于各种电子元件以及光元件。作为本专利技术人中一部分专利技术人的先行申请的韩国公开专利第2010-0086592号中 公开了一种在基板上垂直取向，且相互分离的多个氧化锌纳米棒及其制备方法。预期利用这种氧化锌纳米棒就能在基板上形成具有垂直取向，且排列得好的纳米结构体的阵列。另一方面，最近，随着面对环境问题和高油价问题而对清洁替代能源开发的关注度的增长，太阳能电池开发也进行着各种研究。其中，染料敏化太阳能电池一般包括透明导电性基板；包含吸附在多孔性氧化物纳米粒子的感光性染料的光电极；在有机溶剂中溶解有负责氧化/还原功能的碘离子的碘类电解质；以及钼相对电极。与现有的硅太阳能电池相比，这种染料敏化太阳能电池具有原材料价格低廉、工序过程简单的优点，但因光电转换效率低而在实际使用中存在局限性。由此，为了增加染料敏化太阳能电池的光电转换效率，正在研究尝试各种方法，如增加太阳光的吸收，或者提高染料的吸附量来增加电子的生成量，或者防止所生成的激发电子因电子-空穴的复合消灭，或者提高所生成的电子的移动性等。其中，韩国公开专利第2010-0137032号提供了一种将染料敏化太阳能电池的光电极中所使用的的钛氧化物构成为纳米粒块形态而不是多孔性纳米粒子形态，来提高染料吸附面积以及电子移动的方法。但是，在这种情况下存在如下问题所形成的纳米粒块大部分以水平状存在于基板上而不是呈垂直取向，并且在染料吸附面上造成电极厚度的增加，因而降低基板的透明度。并且,韩国公开专利第2010-0075032号中公开了一种自组装(self-assembly)的钛纳米管制备方法，韩国公开专利第2010-0121116号、第2009-0022956号以及第2009-0035343号中公开了一种钛纳米管以及利用其的染料敏化太阳能电池。但是，上述的现有技术中所公开的钛纳米管，都是利用基于阳极氧化的蚀刻法制备而成的，因此被称作纳米管的钛结构体的的实质性形状，应当理解为在钛基板形成有圆筒形状的多个孔的多孔性结构。即，现有技术的纳米管并没有排列成个个纳米管相互分离的结构，因而必然具有纳米管的侧面相互连接的结构。在这种情况下，用于吸附染料的钛氧化物的表面积的大幅增加上存在局限性，在将通过上述方法制备而成的钛纳米管应用于染料敏化太阳能电池的光电极的情况下，则存在电极的透明性降低、光吸收量减少的问题。g卩，以往的技术在提高太阳能电池的光电转换效率方面存在局限性，因此，目前需要开发出用于提高效率的新技术。现有技术文献专利文献(专利文献1)KR 2010-0086592A(专利文献2)KR 2OlO-Ol37O32A(专利文献3)KR 2OlO-OO75O32A(专利文献4)KR 2OlO-Ol2Ill6A(专利文献5) KR 2OO9-OO22956A (专利文献6) KR 2009-0035343A
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种能够应用于各种电子元件以及光元件的纳米结构体阵列基板及其制备方法。本专利技术所要解决的再一技术问题在于，提供一种利用上述纳米结构体阵列基板的染料敏化太阳能电池。为了实现上述技术问题，本专利技术的一方面提供一种纳米结构体阵列基板。本专利技术的特征在于，上述纳米结构体阵列基板包括从基板垂直取向且相互分离的多个氧化金属纳米结构体；上述氧化金属纳米结构体是氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒或二氧化钛纳米管。 为了实现上述技术问题，本专利技术的一方面提供一种纳米结构体阵列基板的制备方法。上述制备方法的一实施例包括如下步骤在基板上形成氧化锌种子层的步骤；在上述氧化锌种子层上形成具有多个孔的图案层，以使上述种子层的一部分露出的步骤；从所露出的上述种子层形成垂直取向的氧化锌纳米棒的步骤；去除上述图案层的步骤；以及在上述氧化锌纳米棒上涂敷二氧化钛溶胶之后进行烧结来形成氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒的步骤。上述制备方法的再一实施例包括如下步骤在基板上形成以点状图案化的氧化锌种子层的步骤；形成从上述种子层垂直取向的氧化锌纳米棒的步骤；以及在上述氧化锌纳米棒上涂敷二氧化钛溶胶之后进行烧结来形成氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒的步骤。并且，上述纳米结构体阵列基板的制备方法在形成上述芯/壳结构的纳米棒之后，还包括蚀刻上述二氧化钛壳的上端以及上述氧化锌核来形成二氧化钛纳米管的步骤。为了实现上述技术问题，本专利技术的一方面提供一种染料敏化太阳能电池。上述染料敏化太阳能电池，包括相向配置的光电极和相对电极以及介于上述光电极与上述相对电极之间的电解质，其特征在于，上述光电极包括透明导电性基板，从上述基板垂直取向且相互分离的多个氧化金属纳米结构体，以及吸附在上述氧化金属纳米结构体的染料；上述氧化金属纳米结构体是氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒或二氧化钛纳米管。为了实现上述技术问题，本专利技术的一方面提供一种染料敏化太阳能电池用光电极的制备方法。上述光电极的制备方法包括如下步骤在通过上述纳米结构体阵列基板的制备方法来制备纳米结构体阵列基板之后，在上述纳米结构体阵列基板所包括的氧化锌核/ 二氧化钛壳结构的纳米棒或二氧化钛纳米管吸附染料。根据本专利技术，由于纳米结构体以垂直方向相互分离地位于基板上，因而容易确保基板的透明性。并且，即使弯曲基板，纳米结构体相互碰撞而破碎的概率低，因而容易使用可挠性基板，且能够有效的确保元件的柔韧性。并且，就本专利技术的利用纳米结构体阵列基板的染料敏化太阳能电池而言，与在以往的染料敏化太阳能电池的光电极中使用的以二氧化钛粒子构成的多孔性层相比，能够缩短电子的移动路径。尤其是，使用氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒作为上述纳米结构体的情况下，能够使得因染料的光吸收而生成的电子经由二氧化钛壳的导电带以及氧化锌核的导电带容易地收集到阴极。并且，使用二氧化钛纳米管作为上述纳米结构体的情况下，由于上述纳米管的外·周面以及内周面都能吸附染料，因而能够实现高的染料吸附量，并且具有能够通过增加染料敏化太阳能电池的开路电压以及光电流来提高光电转换效率的优点。但是，本专利技术的效果不局限于在上面提及的效果，本领域技术人员应该能通过以下说明明确了解未提及的其它效果。附图说明图I至图6是用于说明本专利技术一实施例的纳米结构体阵列基板的制备方法的立体图及剖视图；图7至图9是表示在基板上形成以点状图案化的氧化锌种子层的过程的一例的剖视图；图10是简要表示本专利技术一实施例的染料敏化太阳能电池的剖视图；图11是表示本专利技术一实施例的染料敏化太阳能电池的弯曲状态的剖视图；图12是表示在本专利技术一实施例的染料敏化太阳能电池的光电极中电子的传递路径的概念图；图13是根据本专利技术的实验制备的二氧化钛纳米管的XRD图案；图14是根据本专利技术的实验例制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米结构体阵列基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在基板上形成氧化锌种子层的步骤；在上述氧化锌种子层上形成具有多个孔的图案层，以使上述种子层的一部分露出的步骤；从所露出的上述种子层形成垂直取向的氧化锌纳米棒的步骤；去除上述图案层的步骤；以及在上述氧化锌纳米棒上涂敷二氧化钛溶胶之后进行烧结来形成氧化锌核/二氧化钛壳结构的纳米棒的步骤。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建永，宋喜，金基石，
申请(专利权)人：光州科学技术院，
类型：发明
国别省市：