(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の高温で焼結する焼成工程に代わって、放射線を照射することでプラスチック、ガラス、フィルムのような柔軟素材に適用可能な染料感応型の太陽電池用電極を提供する。【解決手段】本発明の染料感応太陽電池用電極は、基板１００と、前記基板上に形成されたナノ複合体を含むナノ複合体層とを含み、前記ナノ複合体は、金属、金属酸化物１１１又はこの２つ、及び無機物質１２０、伝導性ポリマー又はこの２つを含む。前記電極の製造方法は、前記基板上に、金属前駆体化合物１１０、伝導性モノマー１３０、及び無機物質前駆体を含む反応溶液を塗布するステップと、前記反応溶液に放射線を照射してナノ複合体層を形成するステップと、を含む。【選択図】図１
2018074165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたナノ複合体を含むナノ複合体層と、
を含み、
前記ナノ複合体は、金属、金属酸化物又はこの２つ、及び無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含む、染料感応太陽電池用電極。
【請求項２】
前記ナノ複合体は、コア及び前記コアを取り囲むシェルからなるコアシェル構造であり、
前記コアは、金属、金属酸化物又はこの２つを含み、前記シェルは、無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含むか、
前記コアは、無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含み、前記シェルは、金属、金属酸化物又はこの２つを含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項３】
前記ナノ複合体層は厚さが１ｎｍ〜１０μｍである、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項４】
前記金属はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つであり、前記金属酸化物はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つの金属の酸化物である、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項５】
前記無機物質は珪素（Ｓｉ）−含有物質である、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項６】
前記伝導性ポリマーは、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリインドール、ポリアセンチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリフルオレン、ポリナフタレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、これらの誘導体及びその共重合体（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなる群で選択される少なくともいずれか１つのポリマーを含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項７】
前記コアは、１〜１００ｎｍの粒径サイズを有し、
前記シェルは厚さが１〜１００ｎｍである、請求項２に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項８】
前記ナノ複合体は、前記ナノ複合体層内に前記基板に対して垂直方向に整列している、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項９】
前記無機物質及び前記伝導性ポリマーは、放射線照射によりラジカル重合反応が発生しながら、少なくとも一部が互いに化学的に結合している、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項１０】
前記ナノ複合体層は、放射線照射によりラジカル重合反応が発生しながら、前記基板と少なくとも一部が化学的に結合している、請求項１に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項１１】
前記コア及びシェルは、放射線照射によりラジカル重合反応が発生しながら、少なくとも一部が互いに化学的に結合している、請求項２に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項１２】
前記シェルは、
前記コアの表面に形成して前記伝導性ポリマーを含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記無機物質を含む第２シェルと、又は、
前記コアの表面に形成して前記無機物質を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記伝導性ポリマーを含む第２シェルと、
を含むか、
前記コアの表面に形成して前記金属を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記金属酸化物を含む第２シェルと、又は、
前記コアの表面に形成して前記金属酸化物を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記金属を含む第２シェルと、
を含む、請求項２に記載の染料感応太陽電池用電極。
【請求項１３】
基板上に、金属前駆体化合物、伝導性モノマー、及び無機物質前駆体を含む反応溶液を塗布するステップと、
前記反応溶液に放射線を照射してナノ複合体層を形成するステップと、
を含む、染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項１４】
前記伝導性モノマーは、アニリン、チオフェン、ピロール、インドール、アセチレン、フェニレンスルフィド、フェニレンビニレン、ピレン、カルバゾール、アズレン、アゼピン、フルオレン、ナフタレン、エチレンジオキシチオフェン及びこれらの誘導体からなる群で選択される少なくともいずれか１つを含む、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項１５】
前記反応溶液は、溶媒１００重量部に対して金属又は金属酸化物前駆体０．１〜１０重量部、伝導性モノマー０．１〜１０重量部、及び無機質塩０．１〜１０重量部を含む、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項１６】
前記放射線の照射量は１〜５００ｋＧｙである、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項１７】
前記反応溶液が塗布された基板にガスを注入して前記反応溶液をバブリングするステップをさらに含み、
前記ガスは、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、及びクリプトンからなる群で選択される少なくともいずれか１つである、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項１８】
前記染料感応太陽電池用電極の製造は、常温又は７０℃以下で行われる、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項１９】
前記ナノ複合体層形成の後に、前記ナノ複合体層の表面に染料を塗布して乾燥するステップをさらに含む、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【請求項２０】
前記ナノ複合体層形成の後に、前記ナノ複合体層内の前記ナノ複合体を前記基板に対して垂直方向に整列するステップをさらに含む、請求項１３に記載の染料感応太陽電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、染料感応太陽電池用電極及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
染料感応型の太陽電池は、光合成によってエネルギーを取得する植物を模倣し、太陽光を円満に吸収するよう考案された染料を電極材料に塗って薄いガラス膜との間に特殊染料を入れて光を吸収して電気を生産する技術である。このような技術は、今後２０２０年前後に施設一体型の太陽光発電（ＢＩＰＶ）市場の成長により染料感応型の太陽電池（ＤＳＳＣ）の需要が爆発的に増加するものと予想される。
【０００３】
しかし、次世代の太陽電池として注目を浴びている染料感応型の太陽電池は、核心素材である二酸化チタニウム（ＴｉＯ２）ナノ粒子を４５０℃で焼結しなければならない工程が必須であり、ガラスや金属基板を用いる場合、コストと時間が多くかかり、この基板に対する柔軟透明化に困難である問題がある。また、染料感応型の太陽電池を外部環境向けに太陽光市場に実用的に適用するためには、低価格化、柔軟化、及び耐久性強化が求められ、このような障害（ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ）を解決するためには非塑性工程が実に要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来の高温で焼結する焼成工程に代わって、放射線を照射することでプラスチック、ガラス、フィルムのような柔軟素材に適用可能な染料感応型の太陽電池用電極を提供することにある。
本発明の他の目的は、生産及び工程時間が短縮した染料感応型の太陽電池用電極の製造方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、染料の脱離現象を防止して耐久性及び効率性が向上した染料感応太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の染料感応太陽電池用電極は、基板と、前記基板上に形成されたナノ複合体を含むナノ複合体層とを含み、前記ナノ複合体は、金属、金属酸化物又はこの２つ、及び無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含む。
前記ナノ複合体は、コア及び前記コアを取り囲むシェルからなるコアシェル構造であり、前記コアは、金属、金属酸化物又はこの２つを含み、前記シェルは、無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含むか、前記コアは、無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含み、前記シェルは、金属、金属酸化物又はこの２つを含んでもよい。
前記基板は、ガラス、プラスチック、及び金属からなる群で選択される少なくともいずれか１つであってもよい。
【０００６】
前記ナノ複合体層は厚さが１ｎｍ〜１０μｍであってもよい。
前記金属はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つであり、前記金属酸化物はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つの金属の酸化物であってもよい。
前記無機物質は珪素（Ｓｉ）−含有物質であってもよい。
前記伝導性ポリマーは、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリインドール、ポリアセンチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリピレン（ｐｏｌｙｐｙｒｅｎｅ）、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリフルオレン、ポリナフタレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、これらの誘導体及びその共重合体（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなる群で選択される少なくともいずれか１つのポリマーを含んでもよい。
【０００７】
前記コアは、１〜１００ｎｍの粒径サイズを有してもよい。
前記シェルは厚さが１〜１００ｎｍであってもよい。
前記ナノ複合体は、２〜２００ｎｍの粒径サイズを有してもよい。
前記ナノ複合体は、前記ナノ複合体層内に前記基板に対して垂直方向に整列しているものであってもよい。
前記無機物質及び前記伝導性ポリマーは、放射線照射によりラジカル重合反応が発生しながら、少なくとも一部が互いに化学的に結合しているものであってもよい。
前記ナノ複合体層は、放射線照射によりラジカル重合反応が発生しながら、前記基板と少なくとも一部が化学的に結合しているものであってもよい。
前記コア及びシェルは、放射線照射によりラジカル重合反応が発生しながら、少なくとも一部が互いに化学的に結合しているものであってもよい。
【０００８】
前記シェルは、前記コアの表面に形成して前記伝導性ポリマーを含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記無機物質を含む第２シェルと、又は、前記コアの表面に形成して前記無機物質を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記伝導性ポリマーを含む第２シェルとを含むか、前記コアの表面に形成して前記金属を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記金属酸化物を含む第２シェルと、又は、前記コアの表面に形成して前記金属酸化物を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記金属を含む第２シェルとを含んでもよい。
【０００９】
本発明の染料感応太陽電池用電極の製造方法は、基板上に、金属前駆体化合物、伝導性モノマー、及び無機物質前駆体を含む反応溶液を塗布するステップと、前記反応溶液に放射線を照射してナノ複合体層を形成するステップとを含む。
前記放射線は、ガンマ線、電子ビーム、イオンビーム、及びＸ−ｒａｙからなる群で選択される少なくともいずれか１つを含んでもよい。
前記伝導性モノマーは、アニリン、チオフェン、ピロール、インドール、アセチレン、フェニレンスルフィド、フェニレンビニレン、ピレン、カルバゾール、アズレン、アゼピン、フルオレン、ナフタレン、エチレンジオキシチオフェン及びこれらの誘導体からなる群で選択される少なくともいずれか１つを含んでもよい。
【００１０】
前記反応溶液は、溶媒１００重量部に対して金属又は金属酸化物前駆体０．１〜１０重量部、伝導性モノマー０．１〜１０重量部、及び無機質塩０．１〜１０重量部を含んでもよい。
前記放射線の照射量は１〜５００ｋＧｙであってもよい。
前記反応溶液が塗布された基板にガスを注入して前記反応溶液をバブリングするステップをさらに含んでもよい。
前記ガスは、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、及びクリプトンからなる群で選択される少なくともいずれか１つであってもよい。
【００１１】
前記染料感応太陽電池用電極の製造は、常温又は７０℃以下で行われてもよい。
前記ナノ複合体層形成の後に、前記ナノ複合体層の表面に染料を塗布して乾燥するステップをさらに含んでもよい。
前記ナノ複合体層形成の後に、前記ナノ複合体層内の前記ナノ複合体を前記基板に対して垂直方向に整列するステップをさらに含んでもよい。
本発明の染料感応太陽電池は、前記染料感応太陽電池用電極、前記電極に対向する相対電極、及び前記２つの電極間に位置する電解質を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の染料感応型の太陽電池用電極によると、従来の高温で焼結する焼成工程に代わって、放射線を照射することでプラスチック、ガラス、フィルムのような柔軟素材に直ちに適用することができ、生産工程及び工程時間の短縮により価格の競争力が高められ、省しエネルギーに寄与することができる。
また、外部環境向けに用いられる場合、電極及び染料脱離現象を防止して耐久性及び効率性が向上し、今後ナノ印刷及び生物電子工学産業の源泉素材として広く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る染料感応型の太陽電池用電極の製造方法を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る上澄液及びこれから取得した沈殿物粒子に対するＦＥ−ＳＥＭの写真である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（シリカ、導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（シリカ、導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真（上澄液）である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真（上澄液から取得した沈殿物粒子）である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真（ＩＴＯ基板）である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真（ＩＴＯ基板に試料をコーティングしたもの）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を介してより詳しく説明する。
本発明の染料感応太陽電池用電極は、基板と、前記基板上に形成されたナノ複合体を含むナノ複合体層を含み、前記ナノ複合体は、金属、金属酸化物又はこの２つ、及び無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含む。ここで、前記基板は、ガラス、プラスチック、及び金属からなる群で選択される少なくともいずれか１つであり得る。前記構成を有する電極は、高温における焼成工程なしに製造することができるため、ガラスだけではなく、プラスチックのような耐熱性の低い柔軟素材に適用され得る。
【００１５】
前記ナノ複合体は、コア及び前記コアを取り囲むシェルからなるコアシェル構造であり、前記コアは金属、金属酸化物又はこの２つを含み、前記シェルは無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含んだり、前記コアは、無機物質、伝導性ポリマー又はこの２つを含み、前記シェルは、金属、金属酸化物又はこの２つを含んでもよい。すなわち、コアとシェルはその成分が互いに変わってもよい。
【００１６】
前記ナノ複合体を含むナノ複合体層は、その厚さが１ｎｍ〜１０μｍであり得る。好ましくは、１ｎｍ〜５μｍ、より好ましくは、１ｎｍ〜１μｍであってもよい。
前記金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つであり、前記金属酸化物は、その酸化物であり得る。好ましくは、前記金属酸化物は、二酸化チタニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化ニオビウム、及び酸化ストロンチウムからなる群で選択される少なくともいずれか１つであり得る。より好ましくは、二酸化チタニウムであってもよい。
前記無機物質は、伝導性の調整及び金属ナノ粒子の安定化、固定化のために使用されるものとして、前記無機物質として、シリカ、シリコンなどの珪素（Ｓｉ）含有物質であり得る。好ましくは、Ｎａ２ＳｉＯ３であってもよい。
【００１７】
前記伝導性ポリマーは、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリインドール、ポリアセンチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリピレン（ｐｏｌｙｐｙｒｅｎｅ）、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリフルオレン、ポリナフタレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、これらの誘導体及びその共重合体（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなる群で選択される少なくともいずれか１つのポリマーを含むことができる。好ましくは、ポリアニリンを用いてもよい。
前記コアは、１〜１００ｎｍの粒径サイズを有してもよく、前記シェルは厚さが１〜１００ｎｍであってもよい。
【００１８】
前記コア及びシェルの粒径が１ｎｍは水素原子５個が一列に並んでいる長さとして物理的な配列の最小値であり、１００ｎｍを超過する場合は、上記のような物性の効率性が減少する問題がある。コアの直径及びシェルの厚さを和したナノ複合体の粒径は、２〜２００ｎｍであり得る。
前記ナノ複合体は、前記ナノ複合体層内に前記基板に対して垂直方向に整列していてもよい。ここで、前記基板上に垂直方向に整列した前記ナノ複合体により染料の脱離現象を緩和し、電極の耐久性及び効率を向上させ得る。
前記無機物質及び前記伝導性ポリマーは、少なくとも一部が互いに化学的に結合していてもよい。また、前記ナノ複合体層は、前記基板と少なくとも一部が化学的に結合していてもよい。また、前記コア及びシェルは、少なくとも一部が互いに化学的に結合していてもよい。これは、前記無機物質、伝導性ポリマー、及び金属酸化物が放射線照射によりラジカル重合反応が発生し、互いに化学的に結合されるものである。
【００１９】
前記シェルは、前記コアの表面に形成して前記伝導性ポリマーを含む第１シェル及び前記第１シェルの外表面に形成され、前記無機物質を含む第２シェル、又は、前記コアの表面に形成して前記無機物質を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記伝導性ポリマーを含む第２シェルを含むか、前記コアの表面に形成して前記金属を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記金属酸化物を含む第２シェル、又は、前記コアの表面に形成して前記金属酸化物を含む第１シェル、及び前記第１シェルの外表面に形成して前記金属を含む第２シェルを含む。
本発明の染料感応太陽電池用電極の製造方法は、基板上に、金属前駆体化合物、伝導性モノマー、及び無機物質前駆体を含む反応溶液を塗布するステップと、前記反応溶液に放射線を照射してナノ複合体層を形成するステップとを含む。
【００２０】
前記放射線は、ガンマ線、電子ビーム、イオンビーム、及びＸ−ｒａｙからなる群で選択される少なくともいずれか１つを含む。好ましくは、ガンマ線を用いることが望ましい。
前記伝導性モノマーは、アニリン、チオフェン、ピロール、インドール、アセチレン、フェニレンスルフィド、フェニレンビニレン、ピレン、カルバゾール、アズレン、アゼピン、フルオレン、ナフタレン、エチレンジオキシチオフェン、及びこれらの誘導体からなる群で選択される少なくともいずれか１つを含んでもよい。好ましくは、アニリンを用いることが望ましい。
前記反応溶液は、溶媒１００重量部に対して金属又は金属酸化物前駆体０．１〜１０重量部、伝導性モノマー０．１〜１０重量部、及び無機質塩０．１〜１０重量部を含む。
【００２１】
前記放射線の照射量は、１〜５００ｋＧｙであってもよい。前記照射量が５ｋＧｙよりも低ければ、コアシェル構造のナノ複合体を形成するのに困難が生じる。前記照射量は１００ｋＧｙが好ましく、３０ｋＧｙが最も好ましい。
前記反応溶液が塗布された基板にガスを注入して前記反応溶液をバブリングするステップをさらに含んでもよい。バブリングの時間は十分バブリングがなされるほど行うものの、作業性及び工程効率性を考慮して約５分内〜３０分間行われてもよい。
【００２２】
前記ガスは、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、及びクリプトンからなる群で選択される少なくともいずれか１つであり得る。好ましくは、窒素ガスを用いることが望ましい。
前記染料感応太陽電池用電極の製造は、常温又は７０℃以下で行われてもよい。したがって、高温では基板として活用できない耐熱性の低いプラスチック基板などに適用することが適する。
前記ナノ複合体層形成の後に、前記ナノ複合体層の表面に染料を塗布して乾燥するステップをさらに含んでもよい。
【００２３】
前記ナノ複合体層形成の後に、前記ナノ複合体層内の前記ナノ複合体を前記基板に対して垂直方向に整列するステップをさらに含んでもよい。これにより、電極及び染料の脱離現象を防止できる。垂直方向配列は磁場を形成したり、重力を用いた配列などの方法が適用され得る。
本発明の染料感応太陽電池は、前記染料感応太陽電池用電極、前記電極に対向する相対電極、及び前記２つの電極間に位置する電解質を含む。
したがって、本発明による染料感応太陽電池用電極は、従来における高温で焼結する焼成工程に代ってガンマ線を照射することにより、他のペースト材料を混合することなくペーストすることができ、焼成しないことからガラス基板だけではなく、プラスチック、フィルムなどのような柔軟素材に適用することができ、工程時間の短縮及びコストの節減を図ることができる。
以下、本発明を実施形態に基づいてより詳しく説明するが、本発明が次の実施形態によって限定されることはない。
【００２４】
実施形態
染料感応型の太陽電池用電極の製造
エタノールにチタニウムイソプロポキシド、Ｎａ２ＳｉＯ３及びアニリンモノマーを順次入れて攪拌した。反応溶液を常温で約１時間３０分ほど定置させた後、前記反応溶液に窒素ガスを注入して約３０分間バブリングさせた。ガラス基板上にバブリングさせた前記反応溶液を塗布した後ガンマ線を照射し、ここでガンマ線の総照射量は３０ｋＧｙにした。
図１は、前記実施形態に係る染料感応型の太陽電池用電極の製造方法を示す概念図である。
【００２５】
染料感応型の太陽電池用電極のＳＥＭ分析
前記実施形態で取得した沈殿物のナノ複合体の形態を確認するために、ＦＥ−ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ  ｅｍｓｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；ＳＵ−７０、ＨＩＴＡＣＨＩ、ＪＡＰＡＮ）の分析を行った。
【００２６】
図２は、前記実施形態に係る上澄液及びこれから取得した沈殿物粒子に対するＦＥ−ＳＥＭの写真である。前記二酸化チタニウム（ＴｉＯ２）前駆体、導電性高分子のアニリンモノマー及び無機物質のシリカイオン（ｓｉｌｉｃａｔｅ）にガンマ線を照射することで、同時にラジカル重合反応によってナノサイズの球形である新規のＴｉＯ２−ＰＡＮＩ−Ｓｉｌｉｃａ又はｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ（ＰＡＮＩ）−ＴｉＯ２−Ｓｉｌｉｃａナノ複合体を製造し得る。これは、前記ナノ複合体が二酸化チタニウム（ＴｉＯ２）ナノ粒子からなるコア表面にアニリンモノマー及びシリカが互いに結合してなされたシェルで取り囲まれたコアシェル構造を有し、前記ガラス基板上に垂直方向に配列形成されたことを確認することができる。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂは、前記実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（シリカ、導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真である。これによって、前記複合体は、濁りの程度がきれいで、薄いオレンジ茶色の溶液に合成され、約１０ｎｍ〜５０ｎｍ間の球形粒子で形成されることが確認できた。
図４Ａ及び図４Ｂは、前記実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真（上澄液（図４Ａ）及びこれから取得した沈殿物粒子（図４Ｂ））である。前記沈殿物粒子（Ｂ）は、前記複合体の上澄液を含む全体溶液の水分を蒸発させた粒子である。これによって、前記図４Ａ及び図４Ｂに示す有無機ＴｉＯ２複合体は、約１００ｎｍ以下の球形粒子で形成されることが確認できた。
【００２８】
図５Ａ及び図５Ｂは、前記実施形態に係る有無機ＴｉＯ２複合体（導電性高分子、ＴｉＯ２から構成された複合体）に対するＦＥ−ＳＥＭの写真（ＩＴＯ基板（図５Ａ）及びこれに試料をコーティングしたもの（図５Ｂ））である。これによって、複合体の形成及び基板上にコーティングが円滑に行われることが確認できた。
【符号の説明】
【００２９】
１００：基板
１１０：金属前駆体
１１１：金属又は金属酸化物
１２０：無機物質
１３０：伝導性モノマー
【図１】
2018074165.tif 000003
【図２】
2018074165.tif 000004
【図３Ａ】
2018074165.tif 000005
【図３Ｂ】
2018074165.tif 000006
【図４Ａ】
2018074165.tif 000007
【図４Ｂ】
2018074165.tif 000008
【図５Ａ】
2018074165.tif 000009
【図５Ｂ】
2018074165.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月8日(2017.12.8)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、ナノ複合体及びその製造方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及び前記コアを取り囲むシェルからなるコアシェル構造を有するナノ複合体であって、
前記コアは、金属及び／又は金属酸化物を含み、前記シェルは、無機物質及び／又は伝導性ポリマーを含み、
前記無機物質及び前記伝導性ポリマーは、放射線照射によるラジカル重合反応によって、少なくとも一部が互いに化学的に結合しているナノ複合体。
【請求項２】
コア及び前記コアを取り囲むシェルからなるコアシェル構造を有するナノ複合体であって、
前記コアは、無機物質及び／又は伝導性ポリマーを含み、前記シェルは、金属及び／又は金属酸化物を含み、
前記無機物質及び前記伝導性ポリマーは、放射線照射によるラジカル重合反応によって、少なくとも一部が互いに化学的に結合しているナノ複合体。
【請求項３】
前記コアは、１〜１００ｎｍの粒径サイズを有し、
前記シェルは厚さが１〜１００ｎｍである、請求項１又は請求項２に記載のナノ複合体。
【請求項４】
前記金属はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つであり、前記金属酸化物はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｙｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｃ、Ｓｍ及びＧａからなる群で選択される少なくともいずれか１つの金属の酸化物である請求項１に記載のナノ複合体。
【請求項５】
前記無機物質は珪素（Ｓｉ）−含有物質である請求項１に記載のナノ複合体。
【請求項６】
前記伝導性ポリマーは、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリインドール、ポリアセンチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリフルオレン、ポリナフタレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、これらの誘導体及びその共重合体（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなる群で選択される少なくともいずれか１つのポリマーを含む請求項１に記載のナノ複合体。
【請求項７】
金属前駆体化合物、伝導性モノマー、及び無機物質前駆体を攪拌して反応溶液を備えるステップと、
前記反応溶液にガスを注入してバブリングするステップと、
前記バブリングされた反応溶液に放射線を照射するステップと
を含むナノ複合体の製造方法。
【請求項８】
前記伝導性モノマーは、アニリン、チオフェン、ピロール、インドール、アセチレン、フェニレンスルフィド、フェニレンビニレン、ピレン、カルバゾール、アズレン、アゼピン、フルオレン、ナフタレン、エチレンジオキシチオフェン及びこれらの誘導体からなる群で選択される少なくともいずれか１つを含む請求項７に記載のナノ複合体の製造方法。    
【請求項９】
前記反応溶液は、溶媒１００重量部に対して金属又は金属酸化物前駆体０．１〜１０重量部、伝導性モノマー０．１〜１０重量部、及び無機質炎０．１〜１０重量部を含む請求項７に記載のナノ複合体の製造方法。
【請求項１０】
前記放射線は、ガンマ線、電子ビーム、イオンビーム、及びＸ−ｒａｙからなる群で選択される請求項７に記載のナノ複合体の製造方法。
【請求項１１】
前記放射線の照射量は、１〜５００ｋＧｙである請求項８に記載のナノ複合体の製造方法。
【請求項１２】
前記ガスは、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、及びクリプトンからなる群で選択される少なくともいずれか１つである請求項７に記載のナノ複合体の製造方法。
【請求項１３】
前記バブリングするステップは、５分内〜３０分間に行われる請求項７に記載のナノ複合体の製造方法。