Hydrothermal을 통한 Rutile TiO2 nanorod의 합성 및 chemical etching

Abstract

태양전지, 광촉매, 가스센서 등 널리 응용되어 사용되고 있는TiO2(Titanium oxide)는 약 3.0eV의 밴드 갭을 가진 반도체 물질로써 일반적으로 rutile, anatase, brookite의 세 가지 결정 형태를 가지고 있다. 이러한 TiO2의 태양전지, 광촉매의 응용을 위하여 TCO(transparent conducting oxide) 기판인 FTO, ITO 등에 TiO2의 1차원 나노구조체를 합성하여 특성향상을 위한 연구가 진행되고 있다. 특히, rutile TiO2 nanorod의 경우 FTO기판과의 결정구조의 유사에 의한 수직성장에 대한 보고가 있으나 FTO의 SnO2와 TiO2의 epitaxial 관계에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 또한, 최근 FTO기판에 합성한 rutile TiO2 nanorod의 chemical etching을 통한 V-shape nanotube구조의 형성과 이에 따른 DSSC의 특성에 대한 연구가 진행되고 있으나 chemical etching에 의한 nanotube구조의 형성에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 TiO2 nanorod의 epitaxial 성장을 위하여 M-cut sapphire 기판위에 epitaxial SnO2 (001) 박막을 PE-ALD를 이용하여 증착한 후 SnO2와 TiO2의 낮은 격자 불일치도를 이용하여 TiO2 nanorod의 수직 성장을 유도하였으며, 이에따라 XRD와 pole-figure 분석을 통하여 M-cut sapphire 기판위에 증착한 SnO2 (001) epitaxial 박막과 수직성장한 TiO2 nanorod의 out-of, in-plane 관계를 확인하였으며, HRTEM을 통하여 결정학적 특성을 확인하였다. 또한, FTO 기판위에 수직성장한 TiO2 nanorod의 성장거동과 HCl를 이용하여 chemical etching을 통한 V-shape의 nanotube구조를 형성을 통한 DSSC 특성을 확인하였으며 etching을 통한 nanotube구조에 의한 DSSC의 특성의 차이를 확인하였다.