KR100696636B1 - 염료감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료감응태양 전지 - Google Patents

염료감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료감응태양 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염료감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료감응 태양 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 염료는 이미다졸리움, 피리디늄, 피롤리디늄 또는 퀴놀리디늄의 양이온으로 처리된 금속 복합체를 포함한다.
본 발명에 따른 염료는 높은 개방전압을 가져 염료감응 태양 전지의 광전 효율을 개선할 수 있었다.
태양 전지, 염료, 금속복합체, 개방전압, 광전 효율.

Description

염료감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료감응 태양 전지 {PHOTOSENSITIZER FOR PHOTOVOLTAIC CELL AND PHOTOVOLTAIC CELL PREPARED FROM THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 염료감응 태양 전지, 11: 제1전극,
12: 광흡수층, 13: 전해질층,
14: 제2전극
[산업상 이용분야]
본 발명은 염료감응 태양 전지용 염료 및 이로부터 제조된 염료감응 태양 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이미다졸리움, 피리디늄, 피롤리디늄 또는 퀴놀리디늄의 양이온으로 처리된 금속 복합체를 포함하여 높은 개방 전압을 나타내는 염료 및 이를 채용하여 광전 효율이 개선된 염료감응 태양 전지에 관한 것이다.
[종래기술]
최근 들어 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 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 태양에너지를 이용한 태양 전지는 기타 다른 에너지원과는 달리 자원이 무한하고 환경 친화적이므로 1983년 Se 태양 전지를 개발한 이후로 최근에는 실리콘 태양 전지가 각광을 받고 있다.
그러나 이와 같은 실리콘 태양 전지는 제작 비용이 상당히 고가이기 때문에 실용화가 곤란하고, 전지효율을 개선하는데도 많은 어려움이 따르고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 제작 비용이 현저히 저렴한 염료감응 태양 전지의 개발이 적극 검토되어 오고 있다.
염료감응 태양 전지는 실리콘 태양 전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 및 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기 화학적 태양 전지이다. 종래의 염료감응 태양 전지 중에서 대표적인 연구 개발로는 1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael gratzel)의 연구팀이 개발한 나노입자 산화티탄늄(아나타제)을 이용한 염료감응 태양 전지가 있다.
이 염료감응 태양 전지는 기존의 실리콘 태양 전지에 비해 제조 단가가 저렴하고 투명한 전극으로 인해 건물 외벽 유리창이나 유리 온실 등에 응용이 가능하다는 이점이 있으나, 광전변환 효율이 낮아서 실제 적용에는 제한이 있는 상황이다.
태양 전지의 광전변환 효율은 태양빛의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로, 효율을 증가시키기 위해서는 태양빛의 흡수를 증가시키거나 염료의 흡착량을 높여 전자의 생성량을 늘일 수도 있고, 또는 생성된 여기전자가 전자-홀 재결합에 의해 소멸되는 것을 막아줄 수도 있다.
단위면적당 염료의 흡착량을 늘이기 위해서는 산화물 반도체의 입자를 나노미터 수준의 크기로 제조하여야 하며 태양빛의 흡수를 높이기 위해 백금전극의 반사율을 높이거나, 수 마이크로 크기의 산화물 반도체 광산란자를 섞어서 제조하는 방법 등이 개발되어 있다. 그러나 이러한 종래 방법으로는 태양 전지의 광전변환 효율 향상에 한계가 있으며, 따라서 효율 향상을 위한 새로운 기술 개발이 절실히 요청되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 높은 개방전압을 나타내는 염료감응 태양 전지용 염료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 염료를 포함하여 광전 효율이 개선된 염료감응 태양 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 금속 복합체를 포함하는 염료감응 연료전지용 염료를 제공한다.
[화학식 1]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 1에서,
M은 전이금속이고,
L1은 하기 화학식 1a의 리간드를 나타내며,
[화학식 1a]
Figure 112005045423940-pat00001
(상기 화학식 1a에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 -CO2H, -PO3H, -SO3H, -CO2 -, -PO3 -, -SO3 -, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
n은 0 또는 1의 정수를 나타낸다.)
L2는 하기 화학식 1b의 리간드를 나타내고,
[화학식 1b]
Figure 112005045423940-pat00002
(상기 화학식 1b에서, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 -CO2H, -PO3H, -SO3H, -CO2 -, -PO3 -, -SO3 -, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
n'는 0 또는 1의 정수를 나타낸다.)
X는 수소, NO2, Cl, Br, I, CN, NCS, H2O, NH3, Cl-, Br-, I-, CN-, NCS-, 및 PF6 -로 이루어진 군에서 선택되며,
Y은 하기 화학식 1c의 이미다졸리움 양이온, 화학식 1d의 피리디늄 양이온, 화학식 1e의 피롤리디늄 양이온 및 화학식 1f의 퀴놀리디늄 양이온으로 이루어진 군에서 선택되며,
[화학식 1c]
Figure 112005045423940-pat00003
[화학식 1d]
Figure 112005045423940-pat00004
[화학식 1e]
Figure 112005045423940-pat00005
[화학식 1f]
Figure 112005045423940-pat00006
(상기 화학식 1c 내지 1f에서, R7 내지 R31는 각각 독립적으로 수소, 히드록 시기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기，탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알콕시기，탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기，탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬티오기，에테르기，티오에테르기，치환 또는 비치환된 아미노기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택된다.)
m1은 0 내지 3의 정수를 나타내고,
m2는 1 내지 3의 정수를 나타내고,
m3은 0 내지 3의 정수를 나타내며,
m4은 1 내지 6의 정수를 나타낸다.)
본 발명은 또한, 전도성 투명 기판을 포함하는 제1전극, 상기 제1전극의 이면에 형성된 광 흡수층, 상기 제1전극의 이면과 마주보도록 배치되는 제2전극, 및 상기 제1전극과 제2전극 사이의 공간에 매립된 전해질을 포함하며, 상기 광흡수층은 반도체 미립자 및 상기 염료를 포함하는 염료감응 태양 전지를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
염료감응 태양 전지에서 태양 전지가 구동되는 첫 단계는 광에너지로부터 광전하를 생성하는 과정이다. 통상적으로 광전하 생성을 위하여 염료분자를 사용하는 데, 상기 염료분자는 전도성 투명기판을 투과한 빛을 흡수하여 여기된다. 이러한 염료물질로서 금속 복합체가 널리 사용되고 있으며, 이들 금속 복합체 중에서도 루테늄의 모노, 비스 또는 트리스(치환 2,2'-비피리딘)착염 등이 사용되고 있다. 그러나 이들은 금속 복합체에서 비교적 낮은 개방전압을 나타내는 단점을 가지고 있으며, 이로 인해 효율이 낮아지는 문제가 있었다.
이에 대해 본 발명은 높은 개방전압을 갖는 염료를 사용함으로써 염료감응 태양 전지의 광전 효율을 개선할 수 있었다.
보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지용 염료는 하기 화학식 1의 금속 복합체를 포함한다.
[화학식 1]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 1에서,
M은 전이금속이고,
L1은 하기 화학식 1a의 리간드를 나타내며,
[화학식 1a]
Figure 112005045423940-pat00007
(상기 화학식 1a에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 -CO2H, -PO3H, -SO3H, -CO2 -, -PO3 -, -SO3 -, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
n은 0 또는 1의 정수를 나타낸다)
L2는 하기 화학식 1b의 리간드를 나타내고,
[화학식 1b]
Figure 112005045423940-pat00008
(상기 화학식 1b에서, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 -CO2H, -PO3H, -SO3H, -CO2 -, -PO3 -, -SO3 -, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
n'는 0 또는 1의 정수를 나타낸다.)
X는 수소, NO2, Cl, Br, I, CN, NCS, H2O, NH3, Cl-, Br-, I-, CN-, NCS-, 및 PF6 -로 이루어진 군에서 선택되며,
Y은 하기 화학식 1c의 이미다졸리움 양이온, 화학식 1d의 피리디늄 양이온, 화학식 1e의 피롤리디늄 양이온 및 화학식 1f의 퀴놀리디늄 양이온으로 이루어진 군에서 선택되며,
[화학식 1c]
Figure 112005045423940-pat00009
[화학식 1d]
Figure 112005045423940-pat00010
[화학식 1e]
Figure 112005045423940-pat00011
[화학식 1f]
Figure 112005045423940-pat00012
(상기 화학식 1c 내지 1f에서, R7 내지 R31는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기，탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알콕시기，탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기，탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬티오기，에테르기，티오에테르기，치환 또는 비치환된 아미노기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택된다.)
m1은 0 내지 3의 정수를 나타내고,
m2는 1 내지 3의 정수를 나타내고,
m3은 0 내지 3의 정수를 나타내며,
m4은 1 내지 6의 정수를 나타낸다.)
상기 화학식 1의 금속 복합체에 있어서, 상기 M은 Ru, Os, Ir, Co, Rh, Zr, Zn 및 Pd로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고 보다 바람직하게는 Ru 이다.
또한 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 20의 직쇄형 또는 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택된다. 보다 더 바람직하게는 상기 알킬기는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, t-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 포함하는 탄소수 1 내지 6의 저급 알킬기이고, 가장 바람직하게는 탄소수 1 내지 3의 저급 알킬 라디칼이다.
상기 알콕시기는 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 갖는 산소-함유 직쇄형 또는 분지형 알콕시기로 이루어진 군에서 선택되며, 보다 바람직하게는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시 및 t-부톡시 등의 탄소수 1 내지 6의 저급 알콕시기이다. 보다 더 바람직하게는 상기 알콕시기는 탄소수 1 내지 3의 저급 알콕시기이다.
또한 상기 알콕시기는 플루오로, 클로로 또는 브로모와 같은 하나 이상의 할로겐 원자로 치환된 할로알콕시기를 포함한다. 보다 바람직하게는 플루오로메톡시, 클로로메톡시, 트리플루오로메톡시, 트리플루오로에톡시, 플루오로에톡시 또는 플루오로프로폭시과 같은 탄소수 1 내지 3의 할로알콕시 라디칼이다.
상기 아릴기는 단독 또는 조합하여 사용될 수 있으며, 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸, 인단 및 비페닐(biphenyl)와 같이 하나 이상의 고리를 포함하는 탄소수 6 내지 30의 카르보사이클 방향족계 화합물(carbocyclic aromatic compound) 인 것이 바람직하고, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 아릴기는 페닐기이다.
또한 상기 아릴기는 히드록시, 할로, 할로알킬, 니트로, 시아노, 알콕시 또는 탄소수 1 내지 6의 저급 알킬아미노와 같은 1 내지 3개의 치환기를 가질 수도 있다.
상기 아릴옥시기는 아릴-O-를 의미하며, 여기서 아릴은 상기 정의한 바와 같다.
상기 알킬티오기는 알킬-S-를 의미하며, 상기 알킬에 대한 정의는 상기한 바와 같다. 보다 바람직하게는 상기 알킬티오기는 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 포함한다.
상기 아릴렌은 아릴기의 양 말단이 결합 가능한 라디칼의 형태를 갖는 것으로, 여기서 아릴기는 상기 정의한 바와 같다.
상기 아릴렌옥시기는 아릴렌-O-을 의미하며, 여기서 아릴렌은 아릴기의 양 말단이 결합 가능한 라디칼의 형태를 갖는 것으로, 여기서 아릴기는 상기 정의한 바와 같다.
상기 알킬렌기는 알킬기의 양 말단이 결합가능한 라디칼의 형태를 가지며, 여기서 알킬기는 상기 정의한 바와 같다.
상기 알킬렌옥시기는 알킬렌-O-을 의미하며, 여기서 알킬렌은 상기 정의한 바와 같다.
보다 바람직하게는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지용 염 료는 하기 화학식 2, 3, 4, 5 또는 6의 구조를 갖는 금속 복합체를 포함할 수 있다:
[화학식 2]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 2에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 2a의 리간드를 나타내며,
[화학식 2a]
Figure 112005045423940-pat00013
(상기 화학식 2a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다.)
L2는 하기 화학식 2b의 리간드를 나타내고,
[화학식 2b]
Figure 112005045423940-pat00014
(상기 화학식 2b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 2c의 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 양이온이며,
[화학식 2c]
Figure 112005045423940-pat00015
(상기 화학식 2c에서, R7은 -CH2CH3이고, R9은 -CH3이며, R8, R10 및 R11은 각각 수소를 나타낸다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
[화학식 3]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 3에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 3a의 리간드를 나타내며,
[화학식 3a]
Figure 112005045423940-pat00016
(상기 화학식 3a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다.)
L2는 하기 화학식 3b의 리간드를 나타내고,
[화학식 3b]
Figure 112005045423940-pat00017
(상기 화학식 3b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 3c의 1-에틸-2,3-디메틸 이미다졸리움 양이온이며,
[화학식 3c]
Figure 112005045423940-pat00018
(상기 화학식 3c에서, R7은 -CH2CH3이고, R8 및 R9는 -CH3이고, R10 및 R11은 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
[화학식 4]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 4에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 4a의 리간드를 나타내며,
[화학식 4a]
Figure 112005045423940-pat00019
(상기 화학식 4a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n= 0이다)
L2는 하기 화학식 4b의 리간드를 나타내고,
[화학식 4b]
Figure 112005045423940-pat00020
(상기 화학식 4b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 4c의 1-에틸-4-tert-부틸 피리디늄 양이온이며,
[화학식 4c]
Figure 112005045423940-pat00021
(상기 화학식 4c에서, R12은 -CH2CH3이고, R15 는 -C(CH3)3이고, R13, R14, R16, 및 R17은 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
[화학식 5]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 5에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 5a의 리간드를 나타내며,
[화학식 5a]
Figure 112005045423940-pat00022
(상기 화학식 5a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
L2는 하기 화학식 5b의 리간드를 나타내고,
[화학식 5b]
Figure 112005045423940-pat00023
(상기 화학식 5b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 5c의 1-부틸-4-메틸 피놀리디늄 양이온이며,
[화학식 5c]
Figure 112005045423940-pat00024
(상기 화학식 5c에서, R18은 -CH2CH2CH2CH3이고, R21는 -CH3이고, R19, R20, R22 및 R23은 각각 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
[화학식 6]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 6에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 6a의 리간드를 나타내며,
[화학식 6a]
Figure 112005045423940-pat00025
(상기 화학식 6a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
L2는 하기 화학식 6b의 리간드를 나타내고,
[화학식 6b]
Figure 112005045423940-pat00026
(상기 화학식 6b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 6c의 1-에틸-4-메틸 퀴놀리디늄 양이온이며,
[화학식 6c]
Figure 112005045423940-pat00027
(상기 화학식 6c에서, R24은 -CH2CH3이고, R27 는 -CH3이고, R25, R26, R28, R29, R30 및 R31은 각각 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지용 염료는 태양 전지용 광흡수층 등에 적용되어 광전 전류 변환 효율을 개선시키고 개방 전압을 상승시킨다.
본 발명은 또한 상기 염료를 포함하는 염료감응 태양 전지를 제공한다.
보다 상세하게는 상기 염료감응 태양 전지는,
전도성 투명 기판을 포함하는 제1전극;
상기 제1전극의 어느 일면에 형성된 광 흡수층;
상기 광흡수층이 형성된 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극; 및
상기 제1전극과 제2전극 사이의 공간에 위치하는 전해질을 포함하며
상기 광흡수층은 반도체 미립자 및 상기 염료를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 염료감응 태양 전지(10)는 두 개의 판상 투명 전극(제1전극(11) 및 제2전극(14))이 서로 면 접합된 샌드위치 구조이다. 상기 투명 전극중 한 투명 전극(11)의 이면에는 광흡수층(12)이 형성되어 있으며, 광흡수층(12)에는 반도체 미립자와, 상기 반도체 미립자에 흡착되며 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광 감응 염료이 포함되어 있다. 또한 이 두 전극 사이의 공간은 산화환원용 전해질(13)로 채워져 있다.
태양 전지의 작동원리를 간략히 설명하면, 염료감응 태양 전지 내로 태양광이 입사되면 광양자는 먼저 광흡수층(12)내 염료분자에 흡수되고, 이에 따라 염료분자는 기저상태에서 여기상태로 전자전이하여 전자-홀쌍을 만들고, 여기상태의 전자는 반도체 미립자 계면의 전도띠(conduction band)로 주입되며, 주입된 전자는 계면을 통해 제1전극(11)으로 전달되고, 이후 외부 회로를 통해 대향전극인 제2전극(14)으로 이동한다. 한편 전자 전이 결과로 산화된 염료는 전해질층(13)내 산화-환원 커플의 이온에 의해 환원되고, 산화된 상기 이온은 전하중성(charge neutrality)을 이루기 위해 제2전극(14)의 계면에 도달한 전자와 환원 반응을 함으로써 상기 염료감응 태양 전지가 작동하게 된다.
상기 제1전극(working electrode, 반도체 전극)(11)의 전도성 투명 기판으로는 전도성 및 투명성을 갖는 물질이라면 특별히 한정됨 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3) 및 주석계 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 도전성, 투명성 및 내열성이 우수한 SnO2 또는 비용면에서 저렴한 ITO를 포함하는 유리 기판을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly(Ethylene Terephthalate): PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(poly(ethylene naphthalate): PEN), 폴리카보네이트(Poly Carbonate: PC), 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리이미드(polyimide: PI) 또는 트리아세틸셀룰로오스(Tri Acetyl Cellulose: TAC) 등을 들 수 있다.
또한 상기 전도성 투명 기판은 Ti, In, Ga 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 물질로 도핑될 수 있다.
상기 광 흡수층(12)은 반도체 미립자 및 상기 반도체 미립자에 흡착되며 가시광 흡수로 전자가 여기되는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료를 포함한다.
상기 반도체 미립자는, 실리콘으로 대표되는 단체 반도체, 금속 산화물 또는 페로브스카이트형 복합 금속 산화물 등을 사용할 수 있다. 상기 반도체는 광 여기하에서 전도대 전자가 캐리어로 되어 애노드 전류를 제공하는 n형 반도체인 것이 바람직하다. 구체적으로 예시하면 상기 반도체 미립자로는 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 등을 들 수 있으며, 보다 바람직하게는 아나타제형의 TiO2를 사용할 수 있다. 상기 반도체의 종류는 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한 상기 반도체 미립자는 표면에 흡착된 염료가 보다 많은 빛을 흡수하도록 하기 위하여 표면적을 크게 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 50nm이하의 평균 입자 직경을 가지며, 가장 바람직하게는 15 내지 25nm의 평균 입자 직경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 염료는 앞서 설명한 바와 동일하다.
상기 반도체 미립자 및 염료를 포함하는 광흡수층은 25㎛ 이하, 바람직하게는 1 내지 25㎛의 두께를 가질 수 있다. 광흡수층의 두께가 25㎛를 초과하면 구조상의 이유에서 직렬 저항이 커지고, 이 같은 직렬 저항의 증가는 변환 효율의 저하를 초래하는 바, 막 두께를 25㎛이하로 함으로써 그 기능을 유지하면서 직렬 저항을 낮게 유지하여 변환효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
상기 제2전극(counter electrode, 상대전극)(14)으로는 도전성 물질이면 어느 것이나 제한없이 사용가능하며, 절연성의 물질이라도 제1전극과 마주보고 있는 측에 도전층이 설치되어 있으면, 이것도 사용 가능하다. 구체적으로는 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용할 수 있다.
이에 따라 상기 제2전극은 일 예로, 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3) 및 주석계 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 유리 기판 또는 플라스틱 기판에, Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 및 전도 성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 도전층이 형성되어 있다.
또한 산화환원의 촉매 효과를 향상시킬 목적으로 제1전극과 마주보고 있는 측은 미세구조를 가져 표면적을 증가시킬 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 Pt 또는 Au의 경우 블랙 상태(본 발명에서의 '블랙상태'란 담지체에 담지되지 않은 상태를 의미한다.)로, 카본의 경우 다공질 상태인 것인 바람직하다. 특히 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화 백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은, 카본 미립자의 소결이나 유기 폴리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
상기 전해질층(13)은 전해액으로 이루어지며, 상기 전해액은 아이오다이드(iodide)/트리오다이드(triodide) 쌍으로서 산화, 환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 수행하며 개방회로 전압은 염료의 에너지 준위와 전해질의 산환, 환원 준위의 차이에 의해 결정된다.
상기 전해액은 제1전극 및 제2전극 사이에 균일하게 분산되어 있으며, 또한 광흡수층에 침윤될 수도 있다.
상기 전해액으로서는 예를 들면 요오드를 아세토나이트릴에 용해시킨 용액 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지는, 전도성 투명 기판을 사용하여 제1전극을 제조하는 단계; 상기 제1전극의 한 면에 반도체 미립자 및 염료를 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계; 제2전극을 제조하는 단계; 상기 광흡수층이 형성된 제1전극과 제2전극이 서로 마주보도록 제1전극 및 제2전극을 배치시킨 후 제1전극과 제2전극 사이에 전해질을 매립, 밀봉하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 태양 전지의 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려져 있어 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 충분히 이해될 수 있는 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명의 주요 특징인 광흡수층의 형성 공정에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
먼저 전도성 투명 기판을 준비하여 제1전극으로 하고, 반도체 미립자를 포함하는 페이스트를 전도성 투명 기판의 이면에 코팅하고 열처리함으로써 다공질막의 형태로 반도체 미립자층을 형성할 수 있다.
이때 코팅법에 따라 요구되는 페이스트의 물성도 조금씩 달라지는데, 일반적으로 닥터 브레이드 또는 스크린 프린트 등의 방법으로 페이스트를 코팅할 수도 있고, 투명막 형성을 위해서는 스핀 코팅 또는 스프레이 방법을 이용하기도 한다. 이 외에도 일반적인 습식 코팅 방법을 적용할 수 있다.
열처리는 바인더를 첨가한 경우 400 내지 600℃에서 30분 정도 수행하고, 바인더를 첨가하지 않은 경우 200℃ 이하로도 가능하다.
또한, 다공질막의 다공성을 유지하기 위한 목적으로 다공질막에 고분자를 첨가하여 열처리(400 내지 600℃)하면 다공성이 더욱 높일 수 있다. 이 때에는 열처리 후 유기물이 잔존하지 않는 고분자를 선택해야 한다. 적합한 고분자로는 에틸렌 세룰로오스(EC), 히드록시 프로필 세룰로오스 (HPC), 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리 비닐 알코올(PVA), 폴리 비닐 피롤리돈(PVP) 등이 있다. 이 중에서 도포법을 포함한 도포 조건을 고려하여 적합한 분자량을 가지는 것으로 선택하여 첨가하면 된다. 이러한 고분자를 첨가하면 다공성 향상 이외에도 분산성 향상, 점도 증가로 성막성 및 기반과의 부착력도 향상시킬 수 있다.
상기 제조된 반도체 미립자층에 염료를 포함하는 분산액을 분사, 도포 또는 침지하여 반도체 미립자에 염료를 흡착함으로써 염료층을 형성할 수 있다.
염료의 흡착은 염료를 포함하는 분산액에 반도체 미립자층이 형성된 제1전극을 침지시킨 후 12시간 정도 지나면 자연 흡착이 될 수 있으며, 이때 상기 염료로는 앞서 설명된 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 또한 염료를 분산시키는 용매로서는 특별히 한정되는 것은 아니나 아세토나이트릴, 디클로로메탄, 알코올계 용매 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 염료를 포함하는 분산액은, 장파장의 가시광 흡수를 개선하여 효율을 향상시키기 위하여 다양한 칼라의 유기 색소를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 색소로는 큐마린(Cumarine), 또는 포피린(porphyrin)의 일종인 페오포바이드 에이(pheophorbide a) 등을 사용할 수 있다.
상기 염료층 형성 후, 용매 세척 등의 방법으로 흡착되지 않은 염료를 세척함으로써 광흡수층을 제조할 수 있다.
별도의 전도성 투명 기판상에 전해도금 또는 스퍼터링, 전자빔증착 등과 같은 물리기상증착(PVD) 방법을 이용하여 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성하여 제2전극을 준비한다.
상기 제조된 광흡수층과 제2전극이 서로 마주보도록 제1전극 및 제2전극을 배치시킨 후, 광흡수층과 제2전극 사이에 전해질을 매립하고 밀봉하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응 태양 전지를 제조한다.
상기 제1전극 및 제2전극은 접착제를 사용하여 서로 면 접합될 수 있다. 접착제로는 열가소성 고분자 필름을 사용할 수 있으며, 일 예로 상품명 surlyn(듀퐁사제)이 있다. 이러한 열가소성 고분자 필름을 두 전극 사이에 위치시킨 후 가열 압착하여 밀폐시킨다. 접착제의 또 다른 종류로는 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제를 사용할 수 있으며, 이 경우 열처리 또는 UV 처리 후에 경화시킬 수도 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 염료감응 태양 전지의 제조
인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 입경 5~15nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 1cm2 면적에 도포하고, 450℃에서 30분간 열처리 소성공정을 통해 18㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다. 그 후 80℃에서 시편을 유지한 후 하기 화학식 2의 구조를 갖는 금속 복합체를 에탄올에 용해시킨 0.3mM 염료 분산액에 침지하여 염료 흡착처리를 12시간 이상 수 행하였다. 그 후 염료 흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 세척하고 상온 건조하여 광흡수층이 형성된 제1전극을 제조하였다.
제2전극으로는 인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 스퍼터를 이용하여 약 200nm 두께로 Pt 층을 증착하였고, 전해액 주입을 위해 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 미세 구멍을 만들어 제2전극을 제작하였다.
60㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1전극과 제2전극 사이에 두고 100℃에서 9초 압착시킴으로써 두 전극을 접합시켰다. 제2전극에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 밀봉함으로써 염료감응 태양 전지를 제작하였다. 이때 이용된 산화-환원 전해질은 0.62M의 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexylimidazolium iodide), 0.5M의 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 0.1M 의 LiI와 0.05M의 I2를 아세토나이트릴(acetonitrile) 용매에 용해시킨 것을 이용하였다.
[화학식 2]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 2에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 2a의 리간드를 나타내며,
[화학식 2a]
Figure 112005045423940-pat00028
(상기 화학식 2a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
L2는 하기 화학식 2b의 리간드를 나타내고,
[화학식 2b]
Figure 112005045423940-pat00029
(상기 화학식 2b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 2c의 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 양이온이며,
[화학식 2c]
Figure 112005045423940-pat00030
(상기 화학식 2c에서, R7은 -CH2CH3이고, R9는 -CH3이며, R8, R10 및 R11은 각각 수소를 나타낸다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
실시예 2: 염료감응 태양 전지의 제조
인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 입경 5~15nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 1cm2 면적에 도포하고, 450℃에서 30분간 열처리 소성공정을 통해 18㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다. 그 후 80℃에서 시편을 유지한 후 하기 화학식 3의 구조를 갖는 금속 복합체를 에탄올에 용해시킨 0.3mM 염료 분산액에 침지하여 염료 흡착처리를 12시간 이상 수행하였다. 그 후 염료 흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 세척하고 상온 건조하여 광흡수층이 형성된 제1전극을 제조하였다.
제2전극으로는 인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 스퍼터를 이용하여 약 200nm 두께로 Pt 층을 증착하였고, 전해액 주입을 위해 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 미세 구멍을 만들어 제2전극을 제작하였다.
60㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1전극과 제2전극 사이에 두고 100℃에서 9초 압착시킴으로써 두 전극을 접합시켰다. 제2전극에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 밀봉함으로써 염료감응 태양 전지를 제작하였다. 이때 이용된 산화-환원 전해질은 0.62M의 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움아이오다이드(1,2- dimethyl-3-hexylimidazolium iodide), 0.5M의 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 0.1M 의 LiI와 0.05M의 I2를 아세토나이트릴(acetonitrile) 용매에 용해시킨 것을 이용하였다.
[화학식 3]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 3에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 3a의 리간드를 나타내며,
[화학식 3a]
Figure 112005045423940-pat00031
(상기 화학식 3a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
L2는 하기 화학식 3b의 리간드를 나타내고,
[화학식 3b]
Figure 112005045423940-pat00032
(상기 화학식 3b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다 .)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 3c의 1-에틸-2,3-디메틸 이미다졸리움 양이온이며,
[화학식 3c]
Figure 112005045423940-pat00033
(상기 화학식 3c에서, R7은 -CH2CH3이고, R8 및 R9는 -CH3이고, R10 및 R11은 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
실시예 3: 염료감응 태양 전지의 제조
인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 입경 5~15nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 1cm2 면적에 도포하고, 450℃에서 30분간 열처리 소성공정을 통해 18㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다. 그 후 80℃에서 시편을 유지한 후 하기 화학식 4의 구조를 갖는 금속 복합체를 에탄올에 용해시킨 0.3mM 염료 분산액에 침지하여 염료 흡착처리를 12시간 이상 수행하였다. 그 후 염료 흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 세척하고 상온 건조하여 광흡수층이 형성된 제1전극을 제조하였다.
제2전극으로는 인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 스퍼터를 이용하여 약 200nm 두께로 Pt 층을 증착하였고, 전해액 주입을 위해 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 미세 구멍을 만들어 제2전극을 제작하였다.
60㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1전극과 제2전극 사이에 두고 100℃에서 9초 압착시킴으로써 두 전극을 접합시켰다. 제2전극에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 밀봉함으로써 염료감응 태양 전지를 제작하였다. 이때 이용된 산화-환원 전해질은 0.62M의 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexylimidazolium iodide), 0.5M의 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 0.1M 의 LiI와 0.05M의 I2를 아세토나이트릴(acetonitrile) 용매에 용해시킨 것을 이용하였다.
[화학식 4]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 4에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 4a의 리간드를 나타내며,
[화학식 4a]
Figure 112005045423940-pat00034
(상기 화학식 4a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
L2는 하기 화학식 4b의 리간드를 나타내고,
[화학식 4b]
Figure 112005045423940-pat00035
(상기 화학식 4b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 4c의 1-에틸-4-tert-부틸 피리디늄 양이온이며,
[화학식 4c]
Figure 112005045423940-pat00036
(상기 화학식 4c에서, R12은 -CH2CH3이고, R15 는 -C(CH3)3이고, R13, R14, R16, 및 R17은 각각 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
실시예 4: 염료감응 태양 전지의 제조
인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 입경 5~15nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 1cm2 면적에 도포하고, 450℃에서 30분간 열처리 소성공정을 통해 18㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다. 그 후 80℃에서 시편을 유지한 후 하기 화학식 5의 구조를 갖는 금속 복합체를 에탄올에 용해시킨 0.3mM 염료 분산액에 침지하여 염료 흡착처리를 12시간 이상 수행하였다. 그 후 염료 흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 세척하고 상온 건조하여 광흡수층이 형성된 제1전극을 제조하였다.
제2전극으로는 인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 스퍼터를 이용하여 약 200nm 두께로 Pt 층을 증착하였고, 전해액 주입을 위해 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 미세 구멍을 만들어 제2전극을 제작하였다.
60㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1전극과 제2전극 사이에 두고 100℃에서 9초 압착시킴으로써 두 전극을 접합시켰다. 제2전극에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 밀봉함으로써 염료감응 태양 전지를 제작하였다. 이때 이용된 산화-환원 전해질은 0.62M의 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexylimidazolium iodide), 0.5M의 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 0.1M 의 LiI와 0.05M의 I2를 아세토나이트릴(acetonitrile) 용매에 용해시킨 것을 이용하였다.
[화학식 5]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 5에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 5a의 리간드를 나타내며,
[화학식 5a]
Figure 112005045423940-pat00037
(상기 화학식 5a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다.)
L2는 하기 화학식 5b의 리간드를 나타내고,
[화학식 5b]
Figure 112005045423940-pat00038
(상기 화학식 5b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 5c의 1-부틸-4-메틸 피놀리디늄 양이온이며,
[화학식 5c]
Figure 112005045423940-pat00039
(상기 화학식 5c에서, R18은 -CH2CH2CH2CH3이고, R21는 -CH3이고, R19, R20, R22 및 R23은 각각 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
실시예 5: 염료감응 태양 전지의 제조
인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 입경 5~15nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 1cm2 면적에 도포하고, 450℃에서 30분간 열처리 소성공정을 통해 18㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다. 그 후 80℃에서 시편을 유지한 후 하기 화학식 6의 구조를 갖는 금속 복합체를 에탄올에 용해시킨 0.3mM 염료 분산액에 침지하여 염료 흡착처리를 12시간 이상 수행하였다. 그 후 염료 흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 세척하고 상온 건조하여 광흡수층이 형성된 제1전극을 제조하였다.
제2전극으로는 인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 스퍼터를 이용하여 약 200nm 두께로 Pt 층을 증착하였고, 전해액 주입을 위해 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 미세 구멍을 만들어 제2전극을 제작하였다.
60㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1전극과 제2전극 사이에 두고 100℃에서 9초 압착시킴으로써 두 전극을 접합시켰다. 제2전극에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 밀봉함으로써 염료감응 태양 전지를 제작하였다. 이때 이용된 산화-환원 전해질은 0.62M의 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexylimidazolium iodide), 0.5M의 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 0.1M 의 LiI와 0.05M의 I2를 아세토나이트릴(acetonitrile) 용매에 용해시킨 것을 이용하였다.
[화학식 6]
M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
(상기 화학식 6에서, M은 Ru이고,
L1은 하기 화학식 6a의 리간드를 나타내며,
[화학식 6a]
Figure 112005045423940-pat00040
(상기 화학식 6a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다.)
L2는 하기 화학식 6b의 리간드를 나타내고,
[화학식 6b]
Figure 112005045423940-pat00041
(상기 화학식 6b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
X는 NCS이며,
Y은 하기 화학식 6c의 1-에틸-4-메틸 퀴놀리디늄 양이온이며,
[화학식 6c]
Figure 112005045423940-pat00042
(상기 화학식 6c에서, R24은 -CH2CH3이고, R27 는 -CH3이고, R25, R26, R28, R29, R30 및 R31은 각각 수소이다.)
m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
비교예 1: 염료감응 태양 전지의 제조
인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 입경 5~15nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 1cm2 면적에 도포하고, 450℃에서 30분간 열처리 소성공정을 통해 18㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다. 그 후 80℃에서 시편을 유지한 후 에탄올에 용해된 0.45mM Ru(2,2'-비피리딘-4,4'-카르복실산)2(NCS)2 염료 색소액에 염료 흡착처리를 12시간 이상 수행하였다. 그 후 염료흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 세척하고 상온 건조하여 광흡수층이 형성된 제1전극을 제조하였다.
제2전극으로는 인듐 도핑된 주석산화물 투명전도체 위에 스퍼터를 이용하여 약 200nm 두께로 Pt 층을 증착하였고, 전해액 주입을 위해 0.75 mm 직경의 드릴을 이용하여 미세 구멍을 만들어 제2전극을 제작하였다.
60 ㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1전극과 제2전극 사이에 두고 100℃에서 9초간 압착시킴으로써 두 전극을 접합시켰다. 제2전극에 형성된 미세구멍을 통하여 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 막음으로써 염료감응 태양 전지를 제작하였다. 이때 이용된 산화-환원 전해질은 0.62M 의 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexylimidazolium iodide), 0.5M의 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 0.1M 의 LiI 와 0.05M 의 I2를 아세토나이트릴(acetonitrile) 용매에 용해시킨 것을 이용하였다.
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1에서 제조된 태양 전지에 대하여 광전류 전압을 측정하고, 측정된 광전류 곡선으로부터 개방전압(Voc)를 계산하였다.
이때, 광원으로는 제논 램프(xenon lamp, Oriel, 01193)을 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양 조건(AM 1.5)은 표준 태양 전지(Frunhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-Si + KG 필터)를 사용하여 보정하였다.
결과, 실시예 1 내지 5의 태양 전지에서의 개방전압(Voc)은 0.65 V이었으며, 비교예 1의 태양 전지의 개방전압(Voc)은 0.60V이었다. 이로부터 본 발명의 금속 복합체를 염료분자로서 포함하는 염료감응 태양 전지가 보다 개선된 개방전압을 나타냄을 확인할 수 있었다.
본 발명은 높은 개방전압을 갖는 염료를 사용함으로써 염료감응 태양 전지의 광전 효율을 개선할 수 있다.

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1의 구조를 갖는 금속 복합체를 포함하는 염료감응 태양 전지용 염료.
    [화학식 1]
    M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
    (상기 화학식 1에서,
    M은 전이금속이고,
    L1은 하기 화학식 1a의 리간드를 나타내며,
    [화학식 1a]
    Figure 112006079032797-pat00043
    (상기 화학식 1a에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 -CO2H, -PO3H, -SO3H, -CO2 -, -PO3 -, -SO3 -, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
    n은 0 또는 1의 정수를 나타낸다)
    L2는 하기 화학식 1b의 리간드를 나타내고,
    [화학식 1b]
    Figure 112006079032797-pat00044
    (상기 화학식 1b에서, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 -CO2H, -PO3H, -SO3H, -CO2 -, -PO3 -, -SO3 -, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
    n'는 0 또는 1의 정수를 나타낸다.)
    X는 수소, NO2, Cl, Br, I, CN, NCS, H2O, NH3, Cl-, Br-, I-, CN-, NCS-, 및 PF6 -로 이루어진 군에서 선택되며,
    Y은 하기 화학식 1c의 이미다졸리움 양이온, 화학식 1d의 피리디늄 양이온, 화학식 1e의 피롤리디늄 양이온 및 화학식 1f의 퀴놀리디늄 양이온으로 이루어진 군에서 선택되며
    [화학식 1c]
    Figure 112006079032797-pat00045
    [화학식 1d]
    Figure 112006079032797-pat00046
    [화학식 1e]
    Figure 112006079032797-pat00047
    [화학식 1f]
    Figure 112006079032797-pat00048
    (상기 화학식 1c 내지 1f에서, R7 내지 R31는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬기，탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알콕시기，탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기，탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬티오기，에테르기，티오에테르기，치환 또는 비치환된 아미노기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌옥시기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌기 및 탄소수 1 내지 20의 치환 또는 비치환된 알킬렌옥시기로 이루어진 군에서 선택된다.)
    m1은 0 내지 3의 정수를 나타내고,
    m2는 1 내지 3의 정수를 나타내고,
    m3은 0 내지 3의 정수를 나타내며,
    m4은 1 내지 6의 정수를 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 M은 Ru, Os, Ir, Co, Rh, Zr, Zn 및 Pd로 이루어진 군에서 선택되는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알킬기는 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알콕시기는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기로 이루어진 군에서 선택되는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알콕시기는 하나 이상의 할로겐 원자로 치환된 할로알콕시기인 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아릴기는 히드록시, 할로, 할로알킬, 니트로, 시아노, 알콕시 및 탄소수 1 내지 6의 저급 알킬아미노로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기를 갖 는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 알킬티오기는 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 하기 화학식 2의 구조를 갖는 금속복합체를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
    [화학식 2]
    M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
    (상기 화학식 2에서, M은 Ru이고,
    L1은 하기 화학식 2a의 리간드를 나타내며,
    [화학식 2a]
    Figure 112006079032797-pat00049
    (상기 화학식 2a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다.)
    L2는 하기 화학식 2b의 리간드를 나타내고,
    [화학식 2b]
    Figure 112006079032797-pat00050
    (상기 화학식 2b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
    X는 NCS이며,
    Y은 하기 화학식 2c의 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 양이온이며,
    [화학식 2c]
    Figure 112006079032797-pat00051
    (상기 화학식 2c에서, R7은 -CH2CH3이고, R9는 -CH3이며, R8, R10 및 R11은 각각 수소를 나타낸다.)
    m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
  9. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 하기 화학식 3의 구조를 갖는 금속복합체를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
    [화학식 3]
    M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
    (상기 화학식 3에서, M은 Ru이고,
    L1은 하기 화학식 3a의 리간드를 나타내며,
    [화학식 3a]
    Figure 112006079032797-pat00052
    (상기 화학식 3a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
    L2는 하기 화학식 3b의 리간드를 나타내고,
    [화학식 3b]
    Figure 112006079032797-pat00053
    (상기 화학식 3b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
    X는 NCS이며,
    Y은 하기 화학식 3c의 1-에틸-2,3-디메틸 이미다졸리움 양이온이며,
    [화학식 3c]
    Figure 112006079032797-pat00054
    (상기 화학식 3c에서, R7은 -CH2CH3이고, R8 및 R9는 -CH3이고, R10 및 R11은 수소이다.)
    m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
  10. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 하기 화학식 4의 구조를 갖는 금속복합체를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
    [화학식 4]
    M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
    (상기 화학식 4에서, M은 Ru이고,
    L1은 하기 화학식 4a의 리간드를 나타내며,
    [화학식 4a]
    Figure 112005045423940-pat00055
    (상기 화학식 4a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
    L2는 하기 화학식 4b의 리간드를 나타내고,
    [화학식 4b]
    Figure 112005045423940-pat00056
    (상기 화학식 4b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
    X는 NCS이며,
    Y은 하기 화학식 4c의 1-에틸-4-tert-부틸 피리디늄 양이온이며,
    [화학식 4c]
    Figure 112005045423940-pat00057
    (상기 화학식 4c에서, R12은 -CH2CH3이고, R15 는 -C(CH3)3이고, R13, R14, R16, 및 R17은 각각 수소이다.)
    m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
  11. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 하기 화학식 5의 구조를 갖는 금속복합체를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지용 염료.
    [화학식 5]
    M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
    (상기 화학식 5에서, M은 Ru이고,
    L1은 하기 화학식 5a의 리간드를 나타내며,
    [화학식 5a]
    Figure 112005045423940-pat00058
    (상기 화학식 5a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
    L2는 하기 화학식 5b의 리간드를 나타내고,
    [화학식 5b]
    Figure 112005045423940-pat00059
    (상기 화학식 5b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
    X는 NCS이며,
    Y은 하기 화학식 5c의 1-부틸-4-메틸 피놀리디늄 양이온이며,
    [화학식 5c]
    Figure 112005045423940-pat00060
    (상기 화학식 5c에서, R18은 -CH2CH2CH2CH3이고, R21는 -CH3이고, R19, R20, R22 및 R23은 각각 수소이다.)
    m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
  12. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 하기 화학식 6의 구조를 갖는 금속복합체를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지용 염료:
    [화학식 6]
    M(L1)m1(L2)m2Xm3Ym4
    (상기 화학식 6에서, M은 Ru이고,
    L1은 하기 화학식 6a의 리간드를 나타내며,
    [화학식 6a]
    Figure 112005045423940-pat00061
    (상기 화학식 6a에서, R1은 -CO2H이고, R2 및 R3은 각각 -CO2 -이며, n=0이다)
    L2는 하기 화학식 6b의 리간드를 나타내고,
    [화학식 6b]
    Figure 112005045423940-pat00062
    (상기 화학식 6b에서, R4은 -CO2H이고, R5 및 R6은 각각 -CO2 -이며, n'=0이다.)
    X는 NCS이며,
    Y은 하기 화학식 6c의 1-에틸-4-메틸 퀴놀리디늄 양이온이며,
    [화학식 6c]
    Figure 112005045423940-pat00063
    (상기 화학식 6c에서, R24은 -CH2CH3이고, R27 는 -CH3이고, R25, R26, R28, R29, R30 및 R31은 각각 수소이다.)
    m1=1, m2=1, m3=2 및 m4=2를 나타낸다.)
  13. 전도성 투명 기판을 포함하는 제1전극;
    상기 제1전극의 어느 한 일면에 형성된 광 흡수층;
    상기 광흡수층이 형성된 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극; 및
    상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 전해질을 포함하며,
    상기 광 흡수층은 반도체 미립자 및 상기 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 따른 염료를 포함하는 것인 염료감응 태양 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 투명 기판은 인듐 틴 옥사이드, 플루오린 틴 옥사이드, ZnO- Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 주석계 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 염료감응 태양 전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드 및 트리아세틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 염료감응 태양 전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 반도체 미립자는 단체 반도체, 금속 산화물 및 페로브스카이트 구조를 갖는 복합 금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 염료감응 태양 전지.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 반도체 미립자는 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5 및 TiSrO3로 이루어진 군에서 선택되는 것인 염료감응 태양 전지.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 반도체 미립자는 15 내지 50nm의 평균 입자 직경을 갖는 것인 염료감응 태양 전지.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 광흡수층은 1 내지 25㎛의 두께를 갖는 것인 염료감응 태양 전지.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제2전극은 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것인 염료감응 태양 전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101027714B1 (ko) 2009-09-29 2011-04-12 한국에너지기술연구원 염료 및 리간드가 흡착된 나노 산화물층을 포함한 음극계 전극을 포함하는 염료감응/리간드금속전하전이 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5087857B2 (ja) * 2006-04-07 2012-12-05 宇部興産株式会社 ターピリジル配位子を含む金属錯体原料およびその製造方法
WO2010125974A1 (ja) * 2009-04-30 2010-11-04 株式会社ブリヂストン 半導体電極、半導体電極を用いた太陽電池、及び半導体電極の製造方法
KR101107069B1 (ko) * 2009-07-10 2012-01-20 삼성에스디아이 주식회사 염료 감응 태양 전지용 염료 및 이를 이용하여 제조된 염료 감응 태양 전지
WO2011096154A1 (ja) * 2010-02-03 2011-08-11 新日鐵化学株式会社 色素増感太陽電池およびその製造方法
US8535574B2 (en) * 2010-04-15 2013-09-17 National Taipei University Of Technology Transition metal complexes, manufacturing method thereof, photovoltaic cells and manufacturing method thereof
CN102485731B (zh) * 2010-12-02 2014-12-24 季昀 杂配、双三齿钌配合物以及敏化染料太阳能电池制备
US8907081B2 (en) 2011-05-27 2014-12-09 Sharp Laboratories Of America, Inc. Long wavelength absorbing porphyrin photosensitizers for dye-sensitized solar cells
US20150053258A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 Markus Eberhard Beck Hermetically sealed glass photovoltaic module
KR101627161B1 (ko) * 2013-10-25 2016-06-07 성균관대학교산학협력단 고분자 지지층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법
JP6222641B2 (ja) * 2014-11-07 2017-11-08 富士フイルム株式会社 光電変換素子および太陽電池
CN104505409B (zh) * 2014-12-24 2017-02-22 武汉大学 一种SnO2多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法
ES2910071T3 (es) 2018-03-08 2022-05-11 Incyte Corp Compuestos de aminopirazina diol como inhibidores de PI3K-Y
WO2020010003A1 (en) 2018-07-02 2020-01-09 Incyte Corporation AMINOPYRAZINE DERIVATIVES AS PI3K-γ INHIBITORS

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001059062A (ja) 1999-06-14 2001-03-06 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電気化学電池ならびに金属錯体色素
JP2001060467A (ja) 1999-06-14 2001-03-06 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電気化学電池ならびに金属錯体色素

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2997773B1 (ja) * 1998-07-15 2000-01-11 工業技術院長 増感剤として有用な金属錯体、酸化物半導体電極及び太陽電池
DE19905694A1 (de) * 1998-11-27 2000-08-17 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bauelement
JP3966638B2 (ja) * 1999-03-19 2007-08-29 株式会社東芝 多色色素増感透明半導体電極部材とその製造方法、多色色素増感型太陽電池、及び表示素子
JP4970641B2 (ja) 2000-07-05 2012-07-11 富士フイルム株式会社 光電変換素子およびこれを用いた光電池
JP2002105346A (ja) 2000-07-25 2002-04-10 Fuji Photo Film Co Ltd 金属錯体色素、光電変換素子および光電池
US6677516B2 (en) * 2001-01-29 2004-01-13 Sharp Kabushiki Kaisha Photovoltaic cell and process for producing the same
JP4772192B2 (ja) 2001-02-13 2011-09-14 富士フイルム株式会社 光電変換素子、光電池及び錯体色素
JP4620286B2 (ja) 2001-06-05 2011-01-26 富士フイルム株式会社 電解質組成物、光電変換素子及び光電気化学電池
JP3985040B2 (ja) * 2002-01-22 2007-10-03 独立行政法人産業技術総合研究所 増感剤として有用なルテニウム錯体、酸化物半導体電極及びそれを用いた太陽電池
JP4591131B2 (ja) 2005-03-11 2010-12-01 ソニー株式会社 色素増感光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに電子機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001059062A (ja) 1999-06-14 2001-03-06 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電気化学電池ならびに金属錯体色素
JP2001060467A (ja) 1999-06-14 2001-03-06 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電気化学電池ならびに金属錯体色素

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101027714B1 (ko) 2009-09-29 2011-04-12 한국에너지기술연구원 염료 및 리간드가 흡착된 나노 산화물층을 포함한 음극계 전극을 포함하는 염료감응/리간드금속전하전이 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법

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