KR100996236B1 - A NOBLE Ru-TYPE SENSITIZERS AND METHOD FOR PREPARING OF IT - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 루테늄(Ru)계 염료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염료감응태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)에 염료로 사용되어 종래의 염료보다 현저히 향상된 광전기 변환 효율을 나타내며, 이산화티탄과의 결합력을 강화시키고, Jsc(short circuit photocurrent density)와 몰 흡광계수가 우수하여 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 염료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel ruthenium (Ru) -based dye and a method for manufacturing the same, and more particularly, it is used as a dye in a dye-sensitized solar cell, and shows a remarkably improved photoelectric conversion efficiency than a conventional dye. The present invention relates to a dye and a method for manufacturing the same, which enhance the binding force with titanium dioxide, and have excellent short circuit photocurrent density (Jsc) and molar extinction coefficient, thereby greatly improving the efficiency of a solar cell.

태양전지, 염료감응, 염료, 루테늄, 광전변환소자 Solar cell, dye-sensitized, dye, ruthenium, photoelectric conversion element

Description

신규한 루테늄계 염료 및 이의 제조방법 {A NOBLE Ru-TYPE SENSITIZERS AND METHOD FOR PREPARING OF IT}New ruthenium-based dyes and preparation method thereof {A NOBLE Ru-TYPE SENSITIZERS AND METHOD FOR PREPARING OF IT}

도 1은 본 발명의 일실시예인 D5, D6 염료와 종래의 염료인 N3 염료를 이용하여 제조한 태양전지의 J-V 커브와 IPCE 지수를 나타낸 것이며,1 shows the J-V curve and the IPCE index of a solar cell manufactured using D5 and D6 dyes of the present invention and N3 dye, which is a conventional dye.

도 2의 (a), (b), (c)는 각각 D5, D6 및 N3을 DMF 용액, TiO2 필름 위에 코팅 한 후, 및 상기 필름을 KOH 수용액에 3일 동안 담군 후 염료를 제거한 후의 흡광 스펙트럼을 측정한 것이다.(A), (b) and (c) of FIG. 2 are respectively absorbed after coating D5, D6 and N3 on a DMF solution, a TiO 2 film, and immersing the film in an aqueous KOH solution for 3 days and then removing the dye. It is a measurement of the spectrum.

본 발명은 신규한 루테늄계 염료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 염료감응태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)에 염료로 사용되어 종래의 염료보다 현저히 향상된 광전기변환효율을 나타내며, 이산화티탄과의 결합력을 강화시키고, Jsc(short circuit photocurrent density)와 몰 흡광계수가 우수하여 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 루테늄계 염료 및 이의 제조방법 및 상기 염료를 이용하여 제조된 광전변환소자 및 염료감응태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a novel ruthenium-based dye and a method for manufacturing the same, and in particular, it is used as a dye in a dye-sensitized solar cell, which shows a remarkably improved photoelectric conversion efficiency than a conventional dye, and a binding force with titanium dioxide. , A ruthenium-based dye and a method for manufacturing the same, and a photoelectric conversion device and a dye-sensitized solar which can be used to improve the efficiency of a solar cell due to excellent short circuit photocurrent density (Jsc) and molar extinction coefficient. It relates to a battery.

1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저기 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 실리콘 태양전지와 달리 염료감응태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.Since the development of the dye-sensitized nanoparticle titanium oxide solar cell by the team of Michael Gratzel of the Swiss National Lausanne Institute of Advanced Technology (EPFL) in 1991, much work has been done in this area. Dye-sensitized solar cells have the potential to replace conventional amorphous silicon solar cells because their manufacturing cost is significantly lower than conventional silicon-based solar cells. Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells absorb visible light It is a photoelectrochemical solar cell mainly composed of a dye molecule capable of generating electron-hole pairs and a transition metal oxide that transfers generated electrons.

종래 염료감응태양전지에 사용되는 염료로는 대표적인 것으로는 하기 화합물들을 들 수 있다.Typical dyes used in dye-sensitized solar cells include the following compounds.

Figure 112007012849397-pat00001
Figure 112007012849397-pat00001

그러나 아직도 상기 염료들과 비교하여 산화물 반도체 미립자와의 결합력, 광전기 변환효율, Jsc(short circuit photocurrent density) 및 몰 흡광계수를 높여 태양전지의 효율성 및 내구성을 더욱 높일 것이 요청되고 있으며, 새로운 염료에 대한 연구가 필요한 실정이다.However, it is still required to increase the efficiency and durability of the solar cell by increasing the bonding force with the oxide semiconductor fine particles, the photoelectric conversion efficiency, the short circuit photocurrent density (Jsc) and the molar extinction coefficient in comparison with the dyes. Research is needed.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 염료보다 현저히 향상된 광전기변환효율을 나타내며, 산화물 반도체 미립자와의 결합력을 강화시키고, Jsc(short circuit photocurrent density)와 몰 흡광계수가 우수하여 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 염료 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention shows a remarkably improved photoelectric conversion efficiency than the conventional dye, enhances the bonding force with the oxide semiconductor fine particles, JSC (short circuit photocurrent density) and the molar extinction coefficient is excellent It is an object of the present invention to provide a dye and a method for producing the same that can greatly improve the efficiency of a solar cell.

또한 본 발명은 상기 염료를 포함하여 현저히 향상된 광전기 변환 효율을 나타내며, 산화물 반도체 미립자와의 결합력이 강화되고, Jsc(short circuit photocurrent density)와 몰 흡광계수가 우수한 염료증감 광전변환소자 및 효율이 현저히 향상된 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention exhibits a remarkably improved photoelectric conversion efficiency, including the dye, the bonding strength with the oxide semiconductor fine particles, the dye-sensitized photoelectric conversion element and excellent efficiency of the short circuit photocurrent density (Jsc) and the molar extinction coefficient is significantly improved It is an object to provide a solar cell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 루테늄(Ru)계 염료를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a ruthenium (Ru) -based dye represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007012849397-pat00002
Figure 112007012849397-pat00002

상기 화학식 1에서 a1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, In Formula 1, the a1 ring may have one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group,

또한 X, Y는 각각 독립적으로 메틸 또는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이고, X와 Y 중 적어도 하나는 화학식 2로 표시되는 화합물이며,In addition, X and Y are each independently a methyl or a compound represented by the formula (2), at least one of X and Y is a compound represented by the formula (2),

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112007012849397-pat00003
Figure 112007012849397-pat00003

상기 화학식 2에서 상기 b1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, 또한 R은 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 또 는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이다.In Formula 2, the b1 ring may have one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group, and R may be the same or different. Each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.

또한 본 발명은 하기 화학식 4 또는 5의 화합물을 하기 화학식 3, 화학식 6 및 화학식 7의 화합물과 반응시키는 것을 특징으로 하는 화학식 1로 표시되는 염료의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a dye represented by the formula (1) characterized in that the compound of formula (4) or (5) is reacted with the compound of formula (3), formula (6) and formula (7).

[화학식 3](3)

[RuCl2(p-cymene)]2 RuCl 2 ( p -cymene) 2

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112007012849397-pat00004
Figure 112007012849397-pat00004

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112007012849397-pat00005
Figure 112007012849397-pat00005

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112007012849397-pat00006
Figure 112007012849397-pat00006

[화학식 7][Formula 7]

NH4NCSNH 4 NCS

상기 화학식 3, 4, 5, 6 및 7에서 a1, b1 및 R은 상기에서 정의한 바와 같다.In Formulas 3, 4, 5, 6, and 7 a1, b1 and R are as defined above.

또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로 담지시킨 산화물 반도체 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료증감 광전변환소자를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a dye-sensitized photoelectric conversion device comprising an oxide semiconductor fine particles supported by a compound represented by the formula (1).

또한 본 발명은 상기 염료증감 광전변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized photoelectric conversion device.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 화학식 1로 표시되는 화합물을 산화물 반도체 미립자에 담지시켜 염료감응태양전지를 제조할 경우 산화물 반도체 미립자에 강하게 결합하여 내구성이 뛰어나며, 광전기 변환효율, Jsc(short circuit photocurrent density) 및 몰 흡광계수가 높아 기존에 존재하였던 염료감응태양전지보다도 우수한 효율을 나타냄을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention have excellent durability by supporting the compound represented by Chemical Formula 1 on oxide semiconductor fine particles by strongly binding to oxide semiconductor fine particles, and having excellent durability, photoelectric conversion efficiency, short circuit photocurrent density (Jsc) and molar extinction coefficient. It was confirmed that the high efficiency than the existing dye-sensitized solar cell was high and completed the present invention.

본 발명의 루테늄(Ru)계 염료는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한 다.Ruthenium (Ru) -based dye of the present invention is characterized by represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007012849397-pat00007
Figure 112007012849397-pat00007

상기 화학식 1에서 a1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며,In Formula 1, the a1 ring may have one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group,

또한 X, Y는 각각 독립적으로 메틸 또는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이고, X와 Y 중 적어도 하나는 화학식 2로 표시되는 화합물이며,In addition, X and Y are each independently a methyl or a compound represented by the formula (2), at least one of X and Y is a compound represented by the formula (2),

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112007012849397-pat00008
Figure 112007012849397-pat00008

상기 화학식 2에서 상기 b1 환은 수소 또는 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕 시기 또는 아실기일 수 있으며, 또한 R은 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며, 바람직하기로는 상기 R이 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 또는 펜틸인 것이 좋다.In Formula 2, the b1 ring may have hydrogen or one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group, and R may be the same It may be different, each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, preferably R is methyl, ethyl, propyl, butyl or pentyl.

더욱 바람직하기로는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 화합물인 것이 좋다.More preferably, the compound represented by the formula (1) is preferably the following compound.

Figure 112010040620119-pat00027
Figure 112010040620119-pat00027

또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 염료의 제조방법을 제공하는 바, 상기 화학식 1로 표시되는 염료는 하기 화학식 3 또는 4의 화합물을 하기 화학식 5, 화학식 6 및 화학식 7의 화합물과 반응시켜 double Wadsworth-Emmons 반응을 통하여 제조될 수 있다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a dye represented by the formula (1), the dye represented by the formula (1) is a double reaction by reacting a compound of formula 3 or 4 with a compound of formula 5, 6 and 7 It can be prepared via the Wadsworth-Emmons reaction.

[화학식 3](3)

[RuCl2(p-cymene)]2 RuCl 2 ( p -cymene) 2

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112007012849397-pat00010
Figure 112007012849397-pat00010

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112007012849397-pat00011
Figure 112007012849397-pat00011

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112007012849397-pat00012
Figure 112007012849397-pat00012

[화학식 7][Formula 7]

NH4NCSNH 4 NCS

상기 화학식 3, 4, 5, 6 및 7에서 a1, b1 및 R은 상기에서 정의한 바와 같다.In Formulas 3, 4, 5, 6, and 7 a1, b1 and R are as defined above.

바람직하기로는 본 발명의 염료는 하기 반응식으로 나타나는 과정을 통하여 제조되는 것이 좋다. Preferably, the dye of the present invention may be prepared through a process represented by the following scheme.

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112010040620119-pat00028
Figure 112010040620119-pat00028

상기 반응식 1에서 4, 5는 각각 화학식 4 및 화학식 5의 화합물을 나타낸다.In Scheme 1, 4 and 5 represent compounds of Formula 4 and Formula 5, respectively.

또한 본 발명은 염료증감 광전변환소자를 제공하는 바, 상기 염료증감 광전변환소자는 산화물 반도체 미립자에 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 담지시킨 것을 특징으로 한다. 본 발명은 염료증감 광전변환소자는 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 사용하는 것 이외에 종래 염료를 이용하여 태양전지용 염료증감 광전변환소자를 제조하는 방법들이 적용될 수 있음은 물론이며, 바람직하기로는 본 발명의 염료증감 광전변환소자는 산화물 반도체 미립자를 이용해서 기판상에 산화물 반도체의 박막을 제조하고, 이어서 상기 박막에 본 발명의 염료를 담지시킨 것이 좋다.In addition, the present invention provides a dye-sensitized photoelectric conversion device, the dye-sensitized photoelectric conversion device is characterized in that the dye represented by the formula (1) on the oxide semiconductor fine particles. The present invention is a dye-sensitized photoelectric conversion device in addition to using the dye represented by the formula (1) can be applied to the method of manufacturing a dye-sensitized photoelectric conversion device for a solar cell using a conventional dye, of course, preferably the present invention The dye-sensitized photoelectric conversion device may be prepared by fabricating a thin film of an oxide semiconductor on a substrate using oxide semiconductor fine particles, and then supporting the dye of the present invention on the thin film.

본 발명에서 산화물 반도체의 박막을 설치하는 기판으로서는 그 표면이 도전성인 것이 바람직하며, 시중에서 판매되는 것을 사용할 수도 있다. 구체적인 일예로 글라스의 표면 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 혹은 폴리에테르설폰 등의 투명성이 있는 고분자 재료의 표면에 인듐, 불소, 안티몬을 도포한 산화주석 등의 도전 성 금속산화물이나 강, 은, 금 등의 금속 박막을 형성한 것을 이용할 수 있다. 이 때 도전성은 보통 1000 Ω 이하가 바람직하며, 특히 100 Ω 이하의 것이 바람직하다.In this invention, it is preferable that the surface is electroconductive as a board | substrate which provides the thin film of an oxide semiconductor, and what is marketed can also be used. As a specific example, conductive metal oxides such as tin oxide coated with indium, fluorine, and antimony on the surface of glass or transparent polymer materials such as polyethylene terephthalate or polyethersulfone, or metal thin films such as steel, silver, and gold What formed this can be used. In this case, the conductivity is usually preferably 1000 Ω or less, particularly preferably 100 Ω or less.

또한 산화물 반도체의 미립자로서는 금속산화물이 바람직하다. 구체적인 예로서는 티탄, 주석, 아연, 텅스텐, 지르코늄, 갈륨, 인듐, 이트륨, 니오브, 탄탈, 바나듐 등의 산화물을 사용할 수 있다. 이들 중 티탄, 주석, 아연, 니오브, 인듐 등의 산화물이 바람직하고, 이들 중 산화티탄, 산화아연, 산화주석이 더욱 바람직하며, 산화티탄인 것이 가장 바람직하다. 상기 산화물 반도체는 단독으로 사용할 수도 있지만, 혼합하거나 반도체의 표면에 코팅시켜서 사용할 수도 있다. As the fine particles of the oxide semiconductor, a metal oxide is preferable. As specific examples, oxides such as titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, gallium, indium, yttrium, niobium, tantalum and vanadium can be used. Of these, oxides such as titanium, tin, zinc, niobium and indium are preferable, and among these, titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide are more preferable, and titanium oxide is most preferable. The oxide semiconductor may be used alone, or may be mixed or coated on the surface of the semiconductor.

또한 상기 산화물 반도체의 미립자의 입경은 평균 입경으로서 1 ∼ 500 nm인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 100 nm인 것이 좋다. 또한 이 산화물 반도체의 미립자는 큰 입경의 것과 작은 입경의 것을 혼합하거나, 다층으로 하여 이용할 수도 있다.The particle diameter of the fine particles of the oxide semiconductor is preferably 1 to 500 nm, more preferably 1 to 100 nm as the average particle diameter. In addition, the fine particles of the oxide semiconductor may be mixed with a large particle size and a small particle size, or may be used as a multilayer.

상기 산화물 반도체 박막은 산화물 반도체 미립자를 스프레이 분무 등으로 직접 기판상에 박막으로 형성하는 방법, 기판을 전극으로 하여 전기적으로 반도체 미립자 박막을 석출시키는 방법, 반도체 미립자의 슬러리 또는 반도체 알콕사이드 등의 반도체 미립자의 전구체를 가수분해함으로써 얻을 수 있은 미립자를 함유하는 페이스트를 기판상에 도포한 후, 건조, 경화 혹은 소성하는 방법 등에 의해 제조할 수 있으며, 페이스트를 기판상에 도포하는 방법이 바람직하다. 이 방법의 경우, 슬러리는 2차 응집하고 있는 산화물 반도체 미립자를 통상의 방법에 의해 분산매 중에 평균 1차 입경이 1 ∼ 200 nm이 되도록 분산시킴으로써 얻을 수 있다.The oxide semiconductor thin film is a method of forming oxide semiconductor fine particles into a thin film directly on a substrate by spray spraying, a method of electrically depositing a semiconductor fine particle thin film using a substrate as an electrode, a slurry of semiconductor fine particles or semiconductor fine particles such as a semiconductor alkoxide. After applying the paste containing the fine particles obtained by hydrolyzing the precursor onto the substrate, it can be produced by a method of drying, curing or baking, and a method of applying the paste onto the substrate is preferred. In the case of this method, a slurry can be obtained by disperse | distributing the oxide semiconductor microparticles | fine-particles which are secondary aggregated so that an average primary particle diameter may be 1-200 nm in a dispersion medium by a conventional method.

슬러리를 분산시키는 분산매로서는 반도체 미립자를 분산시킬 수 있는 것이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 물, 에탄올 등의 알코올, 아세톤, 아세틸아세톤 등의 케톤 또는 헥산 등의 탄화수소를 이용할 수 있고, 이것들은 혼합해서 사용할 수 있고, 이 중 물을 이용하는 것이 슬러리의 점도변화를 적게 한다는 점에서 바람직하다. 또한 산화물 반도체 미립자의 분산 상태를 안정화시킬 목적으로 분산 안정제를 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 분산 안정제의 구체적인 예로서는 예를 들면 초산, 염산, 질산 등의 산, 또는 아세틸아세톤, 아크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.The dispersion medium for dispersing the slurry can be used without particular limitation so long as it can disperse the semiconductor fine particles, and alcohols such as water and ethanol, ketones such as acetone and acetylacetone, or hydrocarbons such as hexane can be used, and these can be mixed and used. Among them, it is preferable to use water among them in order to reduce the viscosity change of the slurry. Moreover, a dispersion stabilizer can be used for the purpose of stabilizing the dispersion state of oxide semiconductor microparticles | fine-particles. As a specific example of the dispersion stabilizer which can be used, acids, such as acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, or acetylacetone, acrylic acid, polyethyleneglycol, polyvinyl alcohol, etc. are mentioned, for example.

슬러리를 도포한 기판은 소성할 수 있고, 그 소성온도는 100 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 이상이고, 또 상한은 대체로 기재의 융점(연화점) 이하로서 통상 상한은 900 ℃이며, 바람직하게는 600 ℃ 이하이다. 본 발명에서 소성시간에는 특별하게 한정되지 않지만, 대체로 4시간 이내가 바람직하다. The substrate coated with the slurry can be fired, and its firing temperature is at least 100 ° C, preferably at least 200 ° C, and the upper limit is generally below the melting point (softening point) of the substrate, and usually the upper limit is 900 ° C, preferably 600. It is below ℃. In the present invention, the firing time is not particularly limited, but is usually within 4 hours.

본원발명에서 기판상의 박막의 두께는 1 ∼ 200 ㎛인 것이 좋으며, 바람직하게는 1 ∼ 50 ㎛이다. 소성을 실시하는 경우에는 산화물 반도체 미립자의 박층은 일부 용착하지만, 그러한 용착은 본 발명을 위해서는 특별하게 지장은 없다.In the present invention, the thickness of the thin film on the substrate is preferably 1 to 200 µm, preferably 1 to 50 µm. In the case of firing, some thin layers of the oxide semiconductor fine particles are welded, but such welding is not particularly troubled for the present invention.

또한 상기 산화물 반도체 박막에 2차 처리를 실시할 수도 있다. 일 예로 반도체와 동일한 금속의 알콕사이드, 염화물, 질소화물, 황화물 등의 용액에 직접, 기판별로 박막을 침적시켜서 건조 혹은 재소성 함으로써 반도체 박막의 성능을 향상시킬 수도 있다. 금속 알콕사이드로서는 티탄에톡사이드, 티탄니움이소프로에폭 사이드, 티탄 t-부톡사이드, n-디부틸-디아세틸 주석 등을 들 수 있고, 그것들의 알코올 용액을 이용할 수 있다. 염화물로서는 예를 들면 4염화 티탄, 사염화주석, 염화아연 등을 들 수 있고, 그 수용액을 이용할 수 있다. 이렇게 하여 수득된 산화물 반도체 박막은 산화물 반도체의 미립자로 이루어져 있다.In addition, the oxide semiconductor thin film may be subjected to secondary treatment. For example, the performance of a semiconductor thin film may be improved by directly depositing a thin film for each substrate and drying or refiring it in a solution such as an alkoxide, chloride, nitride, or sulfide of the same metal as the semiconductor. Examples of the metal alkoxide include titanium ethoxide, titanium isopropoxide, titanium t-butoxide, n-dibutyl-diacetyl tin and the like, and an alcohol solution thereof can be used. As a chloride, titanium tetrachloride, tin tetrachloride, zinc chloride, etc. are mentioned, for example, The aqueous solution can be used. The oxide semiconductor thin film thus obtained is composed of fine particles of an oxide semiconductor.

또한 본 발명에서 박막 상으로 형성된 산화물 반도체 미립자에 염료를 담지시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로서 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 용해할 수 있는 용매로 용해해서 얻은 용액, 또는 염료를 분산시켜서 얻은 분산액에 상기 산화물 반도체 박막이 설치된 기판을 침지시키는 방법을 들 수 있다. 용액 또는 분산액 중의 농도는 염료에 의해 적당하게 결정할 수 있다. 침적시간은 대체로 상온에서 용매의 비점까지이고, 또 침적시간은 1분에서 48시간 정도이다. 염료를 용해시키는데 사용할 수 있는 용매의 구체적인 예로서, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 아세톤, t-부탄올 등을 들 수 있다. 용액의 염료 농도는 보통 1× 10-6 M ∼ 1 M이 좋고, 바람직하게는 1× 10-5 M ∼ 1× 10-1 M인 것이 좋다. 이렇게 해서 염료로 증감된 박막 상의 산화물 반도체 미립자를 가진 본 발명의 광전변환소자를 얻을 수 있다.In addition, the method of supporting the dye on the oxide semiconductor fine particles formed in the thin film phase in the present invention is not particularly limited, as a specific example by dispersing a solution obtained by dissolving the dye represented by the formula (1) in a solvent capable of dissolving, or dye The method of immersing the board | substrate with which the said oxide semiconductor thin film was provided in the obtained dispersion liquid is mentioned. The concentration in the solution or dispersion can be appropriately determined by the dye. The deposition time is usually from room temperature to the boiling point of the solvent, and the deposition time is about 1 minute to 48 hours. Specific examples of the solvent that can be used to dissolve the dye include methanol, ethanol, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetone, t-butanol and the like. The dye concentration of the solution is usually preferably 1 × 10 −6 M to 1 M, preferably 1 × 10 −5 M to 1 × 10 −1 M. In this way, the photoelectric conversion element of this invention which has oxide semiconductor microparticles | fine-particles on the thin film sensitized with dye can be obtained.

본 발명에서 담지하는 화학식 1의 표시되는 염료는 1종류일 수도 있고, 수 종류 혼합할 수도 있다. 또한 혼합하는 경우에는 본 발명의 염료만을 사용할 수 있고, 다른 염료나 금속 착체 염료를 혼합할 수 있다. 혼합할 수 있는 금속 착체 염료의 예로서는 특별하게 제한은 없지만 M.K.Nazeeruddin, A.Kay, I.Rodicio, R.Humphry-Baker, E.Muller, P.Liska, N.Vlachopoulos, M.Gratzel, J. Am. Chem. Soc., 제115권, 6382쪽(1993년)에 나타나 있다 루테늄 착체나 그 4급염, 프탈로시아닌, 포르피린 등이 바람직하고, 혼합 이용하는 유기염료로서는 무금속의 프탈로시아닌, 포르피린이나 시아닌, 메로시아닌, 옥소놀, 트리페닐메탄계, WO2002/011213호에 제시되는 아크릴산계 염료 등의 메틴계 염료나, 크산텐계, 아조계, 안트라퀴논계, 페릴렌계 등의 염료를 들 수 있다. 염료를 2종 이상 이용하는 경우에는 염료를 반도체 박막에 차례로 흡착시킬 수도, 혼합 용해해서 흡착시킬 수도 있다.The dye represented by the formula (1) supported by the present invention may be one kind or may be mixed in several kinds. In addition, when mixing, only the dye of this invention can be used and other dye and metal complex dye can be mixed. Examples of metal complex dyes that can be mixed are not particularly limited, but MK Nazeeruddin, A.Kay, I.Rodicio, R.Humphry-Baker, E.Muller, P.Liska, N.Vlachopoulos, M.Gratzel, J. Am . Chem. Soc., Vol. 115, pp. 6382 (1993). Ruthenium complexes, quaternary salts thereof, phthalocyanine, porphyrin, and the like are preferred, and organic dyes used for mixing are metal-free phthalocyanine, porphyrin, cyanine, merocyanine, oxo. Methine dyes such as knol, triphenylmethane and acrylic acid dyes described in WO2002 / 011213, and dyes such as xanthene, azo, anthraquinone and perylene. In the case of using two or more kinds of dyes, the dyes may be adsorbed onto the semiconductor thin film in sequence, or may be mixed and dissolved and adsorbed.

또한 본 발명에서 산화물 반도체 미립자의 박막에 염료를 담지할 때, 염료끼리의 결합을 방지하기 위해서 포섭 화합물의 존재하에서 염료를 담지하는 것이 좋다. 상기 포섭화합물로서는 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨 등의 콜산류, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산 등의 스테로이드계 화합물, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌, 폴리에틸렌옥사이드 등을 사용할 수 있다. In the present invention, when the dye is supported on the thin film of the oxide semiconductor fine particles, it is preferable to support the dye in the presence of the inclusion compound in order to prevent the dyes from bonding. Examples of the inclusion compound include carboxylic acids such as deoxycholic acid, dehydrodeoxycholic acid, kenodeoxycholic acid, methyl ester of cholate, and sodium cholate, steroidal compounds such as polyethylene oxide and cholic acid, crown ether, cyclodextrin, and calix arene, Polyethylene oxide and the like can be used.

또한, 염료를 담지시킨 후, 4-t-부틸 피리딘 등의 아민 화합물이나 초산, 프로피온산 등의 산성기를 가지는 화합물 등으로 반도체 전극표면을 처리할 수 있다. 처리방법은 예를 들면 아민의 에탄올 용액에 염료를 담지한 반도체 미립자 박막이 설치된 기판을 담그는 방법 등이 사용될 수 있다.After the dye is supported, the semiconductor electrode surface can be treated with an amine compound such as 4-t-butyl pyridine or a compound having an acidic group such as acetic acid or propionic acid. As a treatment method, for example, a method of dipping a substrate provided with a thin film of semiconductor fine particles in which a dye is supported in an amine ethanol solution may be used.

또한 본 발명은 상기 염료감응 광전변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지를 제공하는 바, 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 담지시킨 산화 물 반도체 미립자를 이용한 염료증감 광전변환소자를 사용하는 것 이외에 종래 광전변환소자를 사용하여 태양전지를 제조하는 통상의 방법들이 적용될 수 있음은 물론이며, 구체적인 예로 상기 산화물 반도체 미립자에 화학식 1로 표시되는 염료를 담지시킨 광전변환소자 전극(음극), 대전극(양극), 레독스 전해질, 정공수송 재료 또는 p형 반도체 등으로 구성될 수 있다.In another aspect, the present invention provides a dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized photoelectric conversion device, using a dye-sensitized photoelectric conversion device using the oxide semiconductor fine particles carrying the dye represented by the formula (1) In addition to the conventional methods for manufacturing a solar cell using a conventional photoelectric conversion element can be applied, of course, a photoelectric conversion element electrode (cathode), the charging of the dye represented by the formula (1) on the oxide semiconductor fine particles It may be composed of an electrode (anode), a redox electrolyte, a hole transport material, or a p-type semiconductor.

바람직하기로는 본 발명의 염료감응태양전지의 구체적인 제조방법의 일예로는 전도성 투명 기판 위에 산화티타늄 페이스트를 코팅하는 단계, 페이스트가 코팅된 기판을 소성하여 산화티타늄 박막을 형성하는 단계, 산화티타늄 박막이 형성된 기판을 화학식 1로 표시되는 염료가 용해된 혼합용액에 함침시켜 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극을 형성하는 단계, 그 상부에 대전극이 형성된 제2의 유리기판을 구비하는 단계, 제2 유리기판 및 대전극을 관통하는 홀(hole)을 형성하는 단계, 상기 대전극 및 상기 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극 사이에 열가소성 고분자 필름을 두고, 가열 압착 공정을 실시하여 상기 대전극 및 산화티타늄 필름전극을 접합시키는 단계, 상기 홀을 통하여 대전극과 산화티타늄 필름 전극 사이의 열가소성 고분자 필름에 전해질을 주입하는 단계 및 상기 열가소성 고분자를 실링하는 단계를 통하여 제조되는 것이 좋다.Preferably, as an example of a specific method of manufacturing a dye-sensitized solar cell of the present invention, the method includes coating a titanium oxide paste on a conductive transparent substrate, baking a substrate coated with a paste to form a titanium oxide thin film, and a titanium oxide thin film. Impregnating the formed substrate into a mixed solution in which the dye represented by Chemical Formula 1 is dissolved to form a titanium oxide film electrode on which the dye is adsorbed, and providing a second glass substrate having a counter electrode formed thereon, and a second glass. Forming a hole penetrating the substrate and the counter electrode, placing a thermoplastic polymer film between the counter electrode and the titanium oxide film electrode on which the dye is adsorbed, and performing a heat compression process to perform the counter electrode and the titanium oxide film. Bonding the electrodes to the thermoplastic polymer film between the counter electrode and the titanium oxide film electrode through the holes; It is good to prepare through the step of injecting an electrolyte and the step of sealing the thermoplastic polymer.

레독스 전해질, 정공수송 재료, p형 반도체 등의 형태는 액체, 응고체(겔 및 겔상), 고체 등을 들 수 있다. 액상의 것으로서는 레독스 전해질, 용해염, 정공수송재료, p형 반도체 등을 각각 용매에 용해시킨 것이나 상온 용해염 등이, 응고체(겔 및 겔상)의 경우에는 이것들을 폴리머 매트릭스나 저분자 겔화제 등에 함유시 킨 것 등을 각각 들 수 있다. 고체의 것으로서는 레독스 전해질, 용해염, 정공수송재료, p형 반도체 등을 사용할 수 있다. Examples of the forms of the redox electrolyte, the hole transport material, the p-type semiconductor, and the like include liquids, coagulated bodies (gels and gels), solids, and the like. As liquids, redox electrolytes, dissolved salts, hole transport materials, p-type semiconductors, and the like are dissolved in a solvent, and at room temperature, dissolved salts, etc., in the case of coagulated bodies (gel and gel), these are polymer matrix or low molecular gelling agent. And the like and the like. As a solid thing, a redox electrolyte, a dissolution salt, a hole transport material, a p-type semiconductor, etc. can be used.

정공수송 재료로서는 아민 유도에나 폴리아세티틸렌, 폴리아닐린, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자, 트리페닐렌계 화합물 등의 디스코테크 액정상을 이용하는 물건 등을 사용할 수 있다. 또한 p형 반도체로서는 CuI, CuSCN 등을 사용할 수 있다. 대전극으로는 도전성을 가지고 있으며, 레독스 전해질의 환원 반응을 촉매적으로 작용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 글라스 또는 고분자 필름에 백금, 카본, 로듐, 루테늄 등을 증착하거나, 도전성 미립자를 도포한 것을 사용할 수 있다.Examples of the hole transport material include amine-induced amines, conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, and polythiophene, and those using discotech liquid crystal phases such as triphenylene compounds. Moreover, CuI, CuSCN, etc. can be used as a p-type semiconductor. It is preferable that the counter electrode has conductivity and catalyzes the reduction reaction of the redox electrolyte. For example, platinum, carbon, rhodium, ruthenium, or the like deposited on glass or a polymer film, or coated with conductive fine particles can be used.

본 발명의 태양전지에 이용하는 레독스 전해질로서는 할로겐 이온을 대이온으로 하는 할로겐 화합물 및 할로겐 분자로 구성되는 할로겐 산화 환원계 전해질, 페로시안산염-페로시안산염이나 페로센-페리시늄 이온, 코발트 착체 등의 금속착체 등의 금속산화 환원계 전해질, 알킬티올-알킬디설피드, 비올로겐 염료, 하이드로퀴논-퀴논 등의 유기산화 환원계 전해질 등을 사용할 수 있으며, 할로겐 산화 환원계 전해질이 바람직하다. 할로겐 화합물-할로겐 분자로 구성되는 할로겐 산화 환원계 전해질에 있어서의 할로겐 분자로서는 요오드 분자가 바람직하다. 또한 할로겐 이온을 대이온으로 하는 할로겐 화합물로서는 LiI, NaI, KI, CaI2, MgI2, CuI 등의 할로겐화 금속염, 또는 테트라알킬암모늄요오드, 이미다졸리움요오드, 피리디움요오드 등의 할로겐의 유기 암모늄염, 또는 I2를 사용할 수 있다.As a redox electrolyte used in the solar cell of the present invention, a halogen redox electrolyte composed of halogen compounds having halogen ions as counter ions and halogen molecules, ferrocyanate-ferrocyanate, ferrocene-ferricinium ions, cobalt complexes and the like Metal redox-based electrolytes such as metal complexes, organic redox-based electrolytes such as alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, and hydroquinone-quinones, and the like, and halogen-redox electrolytes are preferable. As a halogen molecule in a halogen redox electrolyte composed of a halogen compound-halogen molecule, an iodine molecule is preferable. As a halogen compound having a halogen ion as a large ion, halogenated metal salts such as LiI, NaI, KI, CaI 2 , MgI 2 and CuI, or organic ammonium salts of halogens such as tetraalkylammonium iodine, imidazolium iodine and pyridium iodine, Or I 2 can be used.

또한 레독스 전해질은 이를 포함하는 용액의 형태로 구성되어 있는 경우, 그 용매로는 전기 화학적으로 불활성인 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서 아세토니트릴, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 메톡시아세토니트릴, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 부틸로락톤, 디메톡시에탄, 디메틸카보네이트, 1,3-디옥소란, 메틸포르메이트, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 3-메톡시-옥사졸리딘-2-온, 설포란, 테트라하이드로퓨란, 물 등을 들 수 있으며, 특히 아세토니트릴, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 에틸렌글리콜, 3-메톡시-옥사졸리딘-2-온, 부틸로락톤 등이 바람직하다. 상기 용매들은 1종 또는 혼합해서 사용할 수 있다. 겔상 양전해질의 경우에는 올리고머 및 폴리머 등의 매트릭스에 전해질 또는 전해질 용액을 함유시킨 것이나, 전분자 겔화제 등에 동일하게 전해질 또는 전해질 용액을 함유시킨 것을 사용할 수 있다. 레독스 전해질의 농도는 0.01 - 99 중량%인 것이 좋으며, 0.1 - 30 중량%인 것이 더욱 바람직하다.In addition, when the redox electrolyte is configured in the form of a solution containing the same, an electrochemically inert one may be used as the solvent. Specific examples include acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxy propionitrile, methoxy acetonitrile, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, butyrolactone, dimethoxyethane, dimethyl carbonate, 1,3-dioxolane, methylformate, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methoxy-oxazolidin-2-one, sulfolane, tetrahydrofuran, water, and the like, in particular acetonitrile, Propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxy propionitrile, ethylene glycol, 3-methoxy-oxazolidin-2-one, butyrolactone and the like are preferable. The solvents may be used alone or in combination. In the case of a gel positive electrolyte, one containing an electrolyte or an electrolyte solution in a matrix such as an oligomer and a polymer, or one containing an electrolyte or an electrolyte solution in the same manner as a starch gelling agent can be used. The concentration of the redox electrolyte is preferably 0.01 to 99% by weight, more preferably 0.1 to 30% by weight.

본 발명의 태양전지는 기판상의 산화물 반도체 미립자에 염료를 담지한 광전변환소자(음극)에 그것과 대치하도록 대전극(양극)을 배치하고 그 사이에 레독스 전해질을 함유하는 용액을 충전하는 것에 의하여 얻어질 수 있다.In the solar cell of the present invention, a counter electrode (anode) is disposed in a photoelectric conversion element (cathode) on which a dye is supported on oxide semiconductor fine particles on a substrate so as to face it, and a solution containing a redox electrolyte is filled therebetween. Can be obtained.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

[실시예 1] 염료의 합성Example 1 Synthesis of Dye

하기와 같은 반응을 거쳐 본 발명의 루테늄계 염료인 D5 및 D6을 합성하였다.The ruthenium dyes D5 and D6 of the present invention were synthesized through the following reaction.

Figure 112010040620119-pat00029
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Figure 112010040620119-pat00030
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Figure 112010040620119-pat00031
Figure 112010040620119-pat00031

모든 반응은 아르곤 가스 조건에서 진행되었고 사용된 모든 용매는 소듐으로 증류되었다. 1H, 13C, 31P NMR은 Varian Mercury 300 을 사용하였고 흡광도는 Perkin-Elmer Lambda 2S UV-visible spectrophotometer를 사용하였다. 모든 출발물질은 알드리치와 스트렘 시약을 정제 없이 사용하였다.All reactions were run under argon gas conditions and all solvents used were distilled with sodium. 1H, 13C, and 31P NMR were used for the Varian Mercury 300 and the absorbance was used for the Perkin-Elmer Lambda 2S UV-visible spectrophotometer. All starting materials used Aldrich and Strem reagents without purification.

가. 4-브로모메틸-4'-메틸-2,2'-바이피리딘end. 4-bromomethyl-4'-methyl-2,2'-bipyridine

이 화합물은 기존 문헌(Inorg. Chem. 1991, 30, 2942)의 합성방법을 이용하였다. 1H NMR (CDCl3): 8.65 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.54 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.43 (s, 1H), 8.24(s, 1H), 7.34 (d, JH-H = 4.5Hz, 1H), 7.17 (d, JH-H = 4.5Hz, 1H), 4.47(s, 2H), 2.45(s, 3H). This compound utilizes the synthesis method of the existing literature ( Inorg. Chem. 1991, 30 , 2942). 1 H NMR (CDCl 3 ): 8.65 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.54 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.43 (s, 1H), 8.24 (s, 1H), 7.34 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 7.17 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 4.47 (s, 2H), 2.45 (s, 3H).

나. 4,4'-비스브로모메틸-2,2'-바이피리딘I. 4,4'-bisbromomethyl-2,2'-bipyridine

이 화합물은 기존 문헌(Inorg. Chem. 1991, 30, 2942)의 합성 방법을 이용하였다. 1H NMR (CDCl3): 8.67 (d, JH-H = 4.5 Hz, 2H), 8.43 (s, 2H), 7.36 (d, JH-H = 4.5 Hz, 2H), 4.48 (s, 4H). This compound used the synthesis method of the existing literature ( Inorg. Chem. 1991, 30 , 2942). 1 H NMR (CDCl 3 ): 8.67 (d, JH-H = 4.5 Hz, 2H), 8.43 (s, 2H), 7.36 (d, JH-H = 4.5 Hz, 2H), 4.48 (s, 4H).

다. 4-다이에틸포스포노메틸-4'-메틸-2,2'-바이피리딘 (1):2 All. 4-Diethylphosphonomethyl-4'-methyl-2,2'-bipyridine (1): 2

4-브로모메틸-4'-메틸-2,2'-바이피리딘(2 g, 7.60 mmol)과 과량의 트라이에틸포스파이트(5 mL, 0.29 mol)의 혼합 용액은 6시간 동안 80 ℃ 조건하에서 교반시켰다. 그 이후 상온까지 온도를 내린 후 진공 조건하에서 과량의 트라이에틸포스파이트를 제거하였다. 오일성의 잔유물은 칼럼 크로마토그래피를 이용하여 옅은 노란색의 1번 화합물을 분리하였다. 1H NMR (CDCl3): 8.60 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.52 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.32 (s, 1H), 8.22 (s, 1H), 7.31 (d, JH-H = 5.4 Hz, 1H), 7.12 (d, JH-H = 5.4 Hz, 1H), 4.06 (dq, 3JH-P= 7.2 Hz, 4H), 3.22 (d, 2JH-P = 21.3 Hz, 2H), 2.43 (s, 3H), 1.26 (t, 3JH-H = 7.2 Hz, 6H).A mixed solution of 4-bromomethyl-4'-methyl-2,2'-bipyridine (2 g, 7.60 mmol) and excess triethylphosphite (5 mL, 0.29 mol) was kept at 80 ° C. for 6 hours. Stirred. Thereafter, after cooling to room temperature, excess triethylphosphite was removed under vacuum conditions. The oily residue was separated by pale yellow compound 1 using column chromatography. 1 H NMR (CDCl 3 ): 8.60 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.52 (d, JH-H = 4.5 Hz, 1H), 8.32 (s, 1H), 8.22 (s, 1H), 7.31 (d, JH-H = 5.4 Hz, 1H), 7.12 (d, JH-H = 5.4 Hz, 1H), 4.06 (dq, 3 JH-P = 7.2 Hz, 4H), 3.22 (d, 2 JH-P = 21.3 Hz, 2H), 2.43 (s, 3 H), 1.26 (t, 3 JH-H = 7.2 Hz, 6H).

라. 4,4'-비스(다이에틸포스포노메틸)-2,2'-바이피리딘 (2):2 la. 4,4'-bis (diethylphosphonomethyl) -2,2'-bipyridine (2): 2

이 화합물은 상기 다의 1번 화합물과 동일한 방법으로 합성하였다. 1H NMR (CDCl3): 8.60 (d, JH-H = 5.1 Hz, 2H), 8.33 (s, 2H), 7.32 (d, JH-H = 5.1 Hz, 2H), 4.07 (dq, 3JH-P = 11.4Hz,3JH-H = 7.2 Hz, 8H), 3.23 (d, 2JH-P = 22.2 Hz, 4H), 1.27 (t, 3JH-H = 7.2 Hz, 12H).This compound was synthesized in the same manner as in compound 1 above. 1 H NMR (CDCl 3 ): 8.60 (d, JH-H = 5.1 Hz, 2H), 8.33 (s, 2H), 7.32 (d, JH-H = 5.1 Hz, 2H), 4.07 (dq, 3 JH-P = 11.4 Hz, 3 JH- H = 7.2 Hz, 8H), 3.23 (d, 2 JH-P = 22.2 Hz, 4H), 1.27 (t, 3 JH-H = 7.2 Hz, 12H).

마. 4-브로모-1-다이에틸포스포노메틸-벤젠. hemp. 4-bromo-1-diethylphosphonomethyl-benzene.

4-브로모벤질 브로마이드(10 g, 40 mmol)와 트라이에틸포스파이트(5 mL, 0.29 mol)는 혼합용액은 80 ℃에서 17시간 동안 교반시켰다. 그 이후 합성은 상기 다와 동일한 방법을 사용하였다.(투명한 오일) 1H NMR (CDCl3): 7.29 (d, JH-H = 8.4 Hz, 2H), 7.04 (d, JH-H = 8.4 Hz, 2H), 3.89 (dq, 3JH-P = 12.2 Hz, JH-H = 7.5 Hz, 4H), 2.96 (d, 2JH-P = 21.3 Hz, 2H), 1.14 (t, 3JH-H = 7.5 Hz, 6H); 31P NMR (CDCl3): 19.99.4-bromobenzyl bromide (10 g, 40 mmol) and triethylphosphite (5 mL, 0.29 mol) were mixed at 80 ° C. for 17 hours. Subsequent synthesis used the same method as above (clear oil). 1 H NMR (CDCl 3 ): 7.29 (d, JH-H = 8.4 Hz, 2H), 7.04 (d, JH-H = 8.4 Hz, 2H ), 3.89 (dq, 3 JH-P = 12.2 Hz, JH-H = 7.5 Hz, 4H), 2.96 (d, 2 JH-P = 21.3 Hz, 2H), 1.14 (t, 3 JH-H = 7.5 Hz , 6H); 31 P NMR (CDCl 3): 19.99.

바. 4-브로모-[N,N-(다이부틸아미노)-스티릴]벤젠 bar. 4-bromo- [N, N- (dibutylamino) -styryl] benzene

4-브로모-1-다이에틸포스포노메틸-벤젠(7.47 g, 24.30 mmol)과 파라-다이부틸아미노벤즈알데하이드(4.73 g, 20.3 mmol)을 THF 용액에 녹인 후 소듐하이드라이드(63.2 w/w oil, 0.92 g, 24.3 mmol)를 첨가하였다. 이 용액을 3시간 동안 환류시켜 상온으로 온도를 내린 후 용매는 진공 조건하에서 제거하였다. 건조 후 남은 잔유물은 칼럼 크로마토그래피를 이용하여 분리하였다. (silica gel, CH2Cl2/hexane 1:5, Rf : 0.6) 1H NMR (CDCl3): 7.44 (d, JH-H = 7.8 Hz, 2H), 7.38 (d, JH-H = 7.8 Hz, 2H), 7.33 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.22 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.02 (d, Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 6.81 (d, Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 3.31 (t, 4H), 1.58 (m, 4H), 1.37 (m, 4H), 0.98 (t, 6H); 13C{1H} NMR (CDCl3): 148.1, 137.5, 131.7, 129.8, 128.0, 127.5, 124.1, 122.3, 120.0, 111.7, 50.9, 29.6, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C22H28BrN : C, 63.39; H, 7.30. Found : C, 63.20; H, 7.26.4-Bromo-1-diethylphosphonomethyl-benzene (7.47 g, 24.30 mmol) and para-dibutylaminobenzaldehyde (4.73 g, 20.3 mmol) were dissolved in THF solution followed by sodium hydride (63.2 w / w oil, 0.92 g, 24.3 mmol) was added. The solution was refluxed for 3 hours to lower the temperature to room temperature, and then the solvent was removed under vacuum conditions. The residue remaining after drying was separated by column chromatography. (silica gel, CH 2 Cl 2 / hexane 1: 5, Rf : 0.6) 1 H NMR (CDCl 3 ): 7.44 (d, JH-H = 7.8 Hz, 2H), 7.38 (d, JH-H = 7.8 Hz, 2H), 7.33 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.22 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.02 (d, Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 6.81 (d, Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 3.31 (t, 4H), 1.58 (m, 4H), 1.37 (m, 4H), 0.98 (t, 6H); 13C {1H} NMR (CDCl 3 ): 148.1, 137.5, 131.7, 129.8, 128.0, 127.5, 124.1, 122.3, 120.0, 111.7, 50.9, 29.6, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C 22 H 28 BrN: C, 63.39; H, 7.30. Found: C, 63.20; H, 7. 26.

사. [N,N-(다이부틸아미노)-스티릴]벤즈알데하이드 (3):3 four. [N, N- (dibutylamino) -styryl] benzaldehyde (3): 3

4-브로모-[N,N-(다이부틸아미노)-스티릴]벤젠(5g, 12.94 mmol)은 다이에틸이 서 용매로 녹인 후 -10 ℃ 조건하에서 1.6 M n-부틸리튬(8.9 mL, 14.23 mmol)을 천천히 적가하였다. -10 ℃ 조건하에서 약 30분간 교반된 후 상온에서 DMF(0.97 mL, 12.56 mmol)을 적가한 후 상온에서 2시간동안 교반하였다. 그 이후 6 M HCl (50 mL)용액을 첨가하고 분별 깔때기를 이용하여 정제하였다. 유기층을 분리 후 MgSO4를 이용하여 물을 제거하고 남은 용매는 진공 조건하에서 건조하였다. 건조 후 남은 물질은 칼럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하였다.(CH2Cl2/hexane 1:3, Rf : 0.3). 화합물은 옅은 노란색 고체 1H NMR (CDCl3): 9.95 (s, 1H), 7.82 (d, JH-H = 7.6 Hz, 2H), 7.59 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.40 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.19 (d, Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 6.89 (d, Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 6.63 (d, JH-H = 7.6 Hz, 2H), 3.30 (t, 4H), 1.59 (m, 4H), 1.37 (m, 4H), 0.97 (t, 6H); 13C{1H} NMR (CDCl3): 191.8, 148.6, 144.9, 134.4, 132.8, 130.4, 128.5, 126.3, 123.6, 122.0, 111.6, 50.9, 29.6, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C23H29NO : C, 82.34; H, 8.71. Found : C, 82.16; H, 8.64.4-Bromo- [N, N- (dibutylamino) -styryl] benzene (5 g, 12.94 mmol) was dissolved in diethyl as a solvent and 1.6 M n -butyllithium (8.9 mL, 14.23 mmol) was added slowly dropwise. After stirring at −10 ° C. for about 30 minutes, DMF (0.97 mL, 12.56 mmol) was added dropwise at room temperature, followed by stirring at room temperature for 2 hours. 6 M HCl after that (50 mL) solution was added and purified using a separatory funnel. After separating the organic layer, water was removed using MgSO 4 and the remaining solvent was dried under vacuum conditions. The material remaining after drying was purified by column chromatography (CH 2 Cl 2 / hexane 1: 3, Rf : 0.3). Compound was pale yellow solid 1H NMR (CDCl 3 ): 9.95 (s, 1H), 7.82 (d, JH-H = 7.6 Hz, 2H), 7.59 (d, JH-H = 7.4 Hz, 2H), 7.40 (d , JH-H = 7.4 Hz, 2H, 7.19 (d, Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 6.89 (d, Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 6.63 (d, JH-H = 7.6 Hz, 2H), 3.30 (t, 4H), 1.59 (m, 4H), 1.37 (m, 4H), 0.97 (t, 6H); 13C {1H} NMR (CDCl 3 ): 191.8, 148.6, 144.9, 134.4, 132.8, 130.4, 128.5, 126.3, 123.6, 122.0, 111.6, 50.9, 29.6, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C 23 H 29 NO: C, 82.34; H, 8.71. Found: C, 82.16; H, 8.64.

아. 4-다이부틸아미노스티릴스티릴스티릴-4'-메틸-2,2'-바이피리딘 (4):2, 3 Ah. 4-dibutylaminostyrylstyrylstyryl-4'-methyl-2,2'-bipyridine (4): 2, 3

3번(0.47 g, 1.41 mmol) 과 2번(0.47 g, 1.41 mmol) 화합물이 용해된 THF 용액(30 mL)에 포타슘 t-부톡사이드 (0.16 g, 1.41 mmol)를 적가한 후 상온에서 10시간 동안 교반하였다. 그 후 물 10mL를 적가한 후 THF만 진공상태에서 건조하고 다이클로로메탄으로 추출한 후 다이클로로메탄/헥산으로 재결정하여 분리하였다. 금 색 분말. 1H NMR (CDCl3): 8.63 (d, 3JH-H = 5.1 Hz, pyridine, 1H), 8.58 (d, 3JH-H= 5.1 Hz, pyridine, 1H), 8.52 (s, pyridine, 1H), 8.27 (s, pyridine, 1H), 7.52 (d, 3JH-H = 8.7 Hz, 2H), 7.48 (d, 3JH-H = 8.7 Hz, 2H), 7.44 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 7.41 (d, 3JH-H = 5.1 Hz, pyridine, 1H), 7.39 (d, 3JH-H = 8.4 Hz, 2H), 7.16 (d, 3JH-H = 5.1 Hz, pyridine, 1H), 7.11 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 7.09 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 6.88 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 1H), 6.63 (d, 3JH-H = 8.7 Hz, 2H), 3.30 (t, 4H), 2.46 (s, 3H), 1.59 (m, 4H), 1.37 (m, 4H), 0.97 (t, 6H); 13C{1H} NMR (CDCl3): 156.7, 156.1, 149.6, 149.1, 148.3, 148.1, 146.0, 139.1, 134.5, 133.2, 129.7, 128.1, 127.5, 126.4, 125.3, 124.9, 124.4, 123.0, 122.2, 121.0, 118.3, 111.7, 50.9, 29.6, 21.4, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C35H39N3 : C, 83.79; H, 7.84. Found : C, 83.50; H, 7.76.To a THF solution (30 mL) in which No. 3 (0.47 g, 1.41 mmol) and No. 2 (0.47 g, 1.41 mmol) were dissolved, potassium t -butoxide (0.16 g, 1.41 mmol) was added dropwise thereto at room temperature for 10 hours. Was stirred. Thereafter, 10 mL of water was added dropwise, only THF was dried in vacuo, extracted with dichloromethane, and recrystallized with dichloromethane / hexane. Gold powder. 1 H NMR (CDCl 3 ): 8.63 (d, 3 JH-H = 5.1 Hz, pyridine , 1H), 8.58 (d, 3 JH-H = 5.1 Hz, pyridine , 1H), 8.52 (s, pyridine , 1H), 8.27 (s, pyridine , 1H), 7.52 (d, 3 JH-H = 8.7 Hz, 2H), 7.48 (d, 3 JH-H = 8.7 Hz, 2H), 7.44 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.2 Hz , 1H), 7.41 (d, 3 JH-H = 5.1 Hz, pyridine , 1H), 7.39 (d, 3 JH-H = 8.4 Hz, 2H), 7.16 (d, 3 JH-H = 5.1 Hz, pyridine , 1H ), 7.11 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 7.09 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 6.88 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 1H), 6.63 (d, 3 JH-H = 8.7 Hz, 2H), 3.30 (t, 4H), 2.46 (s, 3H), 1.59 (m, 4H), 1.37 (m, 4H), 0.97 (t, 6H); 13C {1H} NMR (CDCl 3 ): 156.7, 156.1, 149.6, 149.1, 148.3, 148.1, 146.0, 139.1, 134.5, 133.2, 129.7, 128.1, 127.5, 126.4, 125.3, 124.9, 124.4, 123.0, 122.2, 121.0, 118.3, 111.7, 50.9, 29.6, 21.4, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C 35 H 39 N 3: C, 83.79; H, 7.84. Found: C, 83.50; H, 7.76.

자. 4,4'-비스(다이부틸아미노스티릴스티릴)-2,2'-바이피리딘(5):2, 3 character. 4,4'-bis (dibutylaminostyrylstyryl) -2,2'-bipyridine (5): 2, 3

상기 아의 4번의 화합물과 유사한 방법으로 합성하였다. 1H NMR (CDCl3): 8.67 (d, 3JH-H = 5.1 Hz, pyridine, 2H), 8.54 (s, pyridine, 2H), 7.53 (d, 3JH-H = 8.1 Hz, 4H), 7.49 (d, 3JH-H = 8.1 Hz, 4H), 7.46 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.5 Hz, 2H), 7.42 (d, 3JH-H = 5.1 Hz, pyridine, 2H), 7.39 (d, 3JH-H = 7.8 Hz, 4H), 7.12 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.5 Hz, 2H), 7.09 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 2H), 6.88 (d, 3Jvinyl-H-H = 16.2 Hz, 2H), 6.63 (d, 3JH-H = 7.8 Hz, 4H),3.30 (t, 8H), 1.58 (m, 8H), 1.37 (m, 8H), 0.97 (t, 12H); 13C{1H} NMR (CDCl3): 156.6, 149.7, 148.1, 146.1, 139.1, 134.5, 133.3, 129.7, 128.1, 127.5, 126.4, 125.3, 124.3, 123.0, 121.1, 118.3, 111.7, 50.9, 29.6, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C58H66N4: C, 85.04; H, 8.12. Found : C, 84.90; H, 8.02.Synthesis was carried out in a similar manner to the compound of No. 4 above. 1 H NMR (CDCl 3 ): 8.67 (d, 3 JH-H = 5.1 Hz, pyridine , 2H), 8.54 (s, pyridine , 2H), 7.53 (d, 3 JH-H = 8.1 Hz, 4H), 7.49 ( d, 3 JH-H = 8.1 Hz, 4H), 7.46 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.5 Hz, 2H), 7.42 (d, 3 JH-H = 5.1 Hz, pyridine , 2H), 7.39 (d, 3 JH-H = 7.8 Hz, 4H), 7.12 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.5 Hz, 2H), 7.09 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 2H), 6.88 (d, 3 Jvinyl-HH = 16.2 Hz, 2H), 6.63 (d, 3 JH-H = 7.8 Hz, 4H), 3.30 (t, 8H), 1.58 (m, 8H), 1.37 (m, 8H), 0.97 (t, 12H); 13C {1H} NMR (CDCl 3 ): 156.6, 149.7, 148.1, 146.1, 139.1, 134.5, 133.3, 129.7, 128.1, 127.5, 126.4, 125.3, 124.3, 123.0, 121.1, 118.3, 111.7, 50.9, 29.6, 20.5, 14.2. Anal. Calcd. for C 58 H 66 N 4 : C, 85.04; H, 8.12. Found: C, 84.90; H, 8.02.

차. D5 car. D5

상기 아의 4번 화합물 리간드(0.20 g, 0.40 mmol)와 다이클로로(p-사이멘)루테늄(II) 다이머(0.12 g, 0.20 mmol)를 DMF로 녹이고 그 용액을 80 ℃에서 4시간 동안 교반하였다. 4,4'-다이카르복실릭 에시드-2,2'-바이피리딘(0.097 g, 0.40 mmol)을 적가한 후 160 ℃에서 4시간 동안 교반하였다. 다시 이 용액에 암모늄사이오시아네이트(0.91, 11.96 mmol)를 넣고 130 ℃에서 4시간 동안 교반 후 진공 하에서 용매를 건조하고 물(200 mL)을 넣고 화합물을 침전시켰다. 거름종이를 이용하여 침전물을 거르고 대기 중에서 건조시켰다. 이 침전물을 다시 메탄올에 녹인 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 1.2 mmol을 적가하여 녹이고, 녹인 용액은 Sephadex LH-20을 이용하여 메탄올로 칼럼 크로마토그래피로 분리하였다. 분리한 염료 용액은 묽은 질산 용액을 첨가하여 다시 염료 침전물을 얻은 후 거름종이로 분리하였다. 진한보라색 분말. 1H NMR (DMSO): 9.47 (d, JH-H = 8.1 Hz, 1H), 9.09 (d, JH-H = 7.8 Hz, 1H,), 9.05 (s, 1H), 8.93 (s, 1H), 8.88 (s, 1H), 8.75 (s, 1H), 8.63 (d, JH-H = 8.1 Hz, 1H), 8.26 (d, JH-H = 7.8 Hz, 1H), 8.0 ~ 6.5 (m, 16H), 3.30 (m, 4H), 2.08 (s, 3H), 1.53 (m, 4H), 1.30 (m, 4H), 0.92 (m, 6H). Anal. Calcd. for C49H47N7O4RuS2 : C, 61.10; H, 4.92. Found : C, 60.98; H, 4.87. Compound No. 4 ligand (0.20 g, 0.40 mmol) and dichloro ( p -cymene) ruthenium (II) dimer (0.12 g, 0.20 mmol) were dissolved in DMF and the solution was stirred at 80 ° C. for 4 hours. . 4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine (0.097 g, 0.40 mmol) was added dropwise and stirred at 160 ° C. for 4 hours. In this solution, ammonium cyanate (0.91, 11.96 mmol) was added thereto, stirred at 130 ° C. for 4 hours, the solvent was dried under vacuum, water (200 mL) was added, and the compound was precipitated. The precipitate was filtered using filter paper and dried in air. This precipitate was dissolved by dropwise addition of 1.2 mmol of tetrabutylammonium hydroxide dissolved in methanol, and the dissolved solution was separated by column chromatography with methanol using Sephadex LH-20. The separated dye solution was added to a dilute nitric acid solution to obtain a dye precipitate, and then separated by a filter paper. Dark purple powder. 1 H NMR (DMSO): 9.47 (d, JH-H = 8.1 Hz, 1H), 9.09 (d, JH-H = 7.8 Hz, 1H,), 9.05 (s, 1H), 8.93 (s, 1H), 8.88 (s, 1H), 8.75 (s, 1H), 8.63 (d, JH-H = 8.1 Hz, 1H), 8.26 (d, JH-H = 7.8 Hz, 1H), 8.0 to 6.5 (m, 16H), 3.30 (m, 4H), 2.08 (s, 3H), 1.53 (m, 4H), 1.30 (m, 4H), 0.92 (m, 6H). Anal. Calcd. for C 49 H 47 N 7 O 4 RuS 2 : C, 61.10; H, 4.92. Found: C, 60.98; H, 4.87.

카. D6 Ka. D6

상기 자의 5번 화합물 리간드(0.135 g, 0.165 mmol)와 다이클로로(p-사이멘)루테늄(II) 다이머(0.050 g, 0.082 mmol)를 DMF로 녹이고 그 용액을 80 ℃에서 4시간 동안 교반하였다. 4,4'-다이카르복실릭 에시드-2,2'-바이피리딘(0.040 g, 0.165 mmol)을 적가한 후 160 ℃에서 4시간 동안 교반하였다. 다시 이 용액에 암모늄사이오시아네이트(0.91, 11.96 mmol)를 넣고 130 ℃에서 4시간 동안 교반 후 진공 하에서 용매를 건조하고 물(200 mL)을 넣고 화합물을 침전시켰다. 거름종이를 이용하여 침전물을 거르고 대기 중에서 건조시켰다. 이 침전물을 다시 메탄올에 녹인 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 4.94 mmol을 적가하여 녹이고, 녹인 용액은 Sephadex LH-20을 이용하여 메탄올로 칼럼 크로마토그래피로 분리하였다. 분리한 염료 용액은 묽은 질산 용액을 첨가하여 다시 염료 침전물을 얻은 후 거름종이로 분리하였다. 진한보라색 분말. 1H NMR (DMSO): 9.43 (d, JH-H = 8.1 Hz, 1H), 9.15 (d, JH-H = 7.8 Hz, 1H,), 9.00 (s, 1H), 8.86 (s, 1H), 8.55 (s, 1H), 8.35 (s, 1H), 8.1 ~6.5 (m, 30H), 3.29 (m, 8H), 1.51 (m, 8H), 1.29 (m, 8H), 0.92 (m, 12H). Anal. Calcd. for C72H74N8O4RuS2 : C, 67.53; H, 5.82. Found : C, 67.41; H, 5.80.Compound No. 5 ligand (0.135 g, 0.165 mmol) and dichloro ( p -cymene) ruthenium (II) dimer (0.050 g, 0.082 mmol) were dissolved in DMF, and the solution was stirred at 80 ° C. for 4 hours. 4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine (0.040 g, 0.165 mmol) was added dropwise and stirred at 160 ° C. for 4 hours. In this solution, ammonium cyanate (0.91, 11.96 mmol) was added thereto, stirred at 130 ° C. for 4 hours, the solvent was dried under vacuum, water (200 mL) was added, and the compound was precipitated. The precipitate was filtered using filter paper and dried in air. The precipitate was dissolved by dropwise adding 4.94 mmol of tetrabutylammonium hydroxide dissolved in methanol, and the dissolved solution was separated by column chromatography with methanol using Sephadex LH-20. The separated dye solution was added to a dilute nitric acid solution to obtain a dye precipitate, and then separated by a filter paper. Dark purple powder. 1 H NMR (DMSO): 9.43 (d, JH-H = 8.1 Hz, 1H), 9.15 (d, JH-H = 7.8 Hz, 1H,), 9.00 (s, 1H), 8.86 (s, 1H), 8.55 (s, 1H), 8.35 (s, 1H), 8.1 to 6.5 (m, 30H), 3.29 (m, 8H), 1.51 (m, 8H), 1.29 (m, 8H), 0.92 (m, 12H). Anal. Calcd. for C 72 H 74 N 8 O 4 RuS 2 : C, 67.53; H, 5.82. Found: C, 67.41; H, 5.80.

[실시예 2] 염료감응태양전지의 제조Example 2 Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell

태양전지는 Dyesol 티타니아 페이스트(Dyesol Ltd., Australia)로 제조한 TiO2 필름을 이용하여 제조하였다. 이 때 Dyesol 페이스트는 티타니움(Ⅳ)이소프로록사이드로 전처리된 FTO 유리기판 위에 닥터 블레이드 방법을 이용하여 코팅하였다. FTO 위의 페이스트는 450 ℃에서 30분간 소성하여 13 ㎛ 두께의 TiO2 박막층을 형성하였다. 소성된 박막층은 상온에서 24시간 동안 DMF를 용매로 한 0.5 mM 농도의 상기 실시예 1에서 제조한 D5가 용해된 염료용액에 담지시켰다. 담지된 염료코팅박막은 미결합된 염료를 제거하기 위하여 3시간 동안 DMF 용액에 침지시키고, 이후 DMF를 제거하기 위하여 3일 동안 에탄올 용액에 침지시켰다. 염료가 코팅된 TiO2 박막은 에탄올로 헹구고, 이후 통상의 태양전지 제조방법에 따라 태양전지를 제조하였다.The solar cell was prepared using a TiO 2 film made of Dyesol Titania paste (Dyesol Ltd., Australia). At this time, the Dyesol paste was coated on the FTO glass substrate pretreated with titanium (IV) isoprooxide using the doctor blade method. The paste on the FTO was baked at 450 ° C. for 30 minutes to form a 13 μm thick TiO 2 thin film layer. The calcined thin film layer was supported in a dye solution in which D5 was prepared in Example 1 at a concentration of 0.5 mM with DMF as a solvent at room temperature for 24 hours. The supported dye coating thin film was immersed in DMF solution for 3 hours to remove unbound dye, and then immersed in ethanol solution for 3 days to remove DMF. The dye-coated TiO 2 thin film was rinsed with ethanol, and then a solar cell was prepared according to a conventional solar cell manufacturing method.

이 때 태양전지에 사용된 레독스 전해질 용액은 용매를 메톡시프로피오니트릴로하여 0.05 M I2, 0.1 M LiI, 0.6 M 1,2-디메틸-3-헥실이미다졸리움 요오드와 0.5 M 4-tert-부틸피리딘을 용해시킨 것을 사용하였다.At this time, the redox electrolyte solution used in the solar cell was prepared using 0.05 MI 2 , 0.1 M LiI, 0.6 M 1,2-dimethyl-3-hexyl imidazolium iodine and 0.5 M 4-tert- using solvent as methoxypropionitrile. What dissolved butylpyridine was used.

[실시예 3 및 비교예 1-5] Example 3 and Comparative Example 1-5

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 태양전지를 제조하되, D5 염료를 대신하여 각각 D6, N3([Ru-(dcbpyH2)2(NCS)2], 여기서 dcbpyH는 4,4'-dicarboxy-2,2'- bipyridine), D13, D14, D15 및 D16을 염료로 사용하여 태양전지를 제조하였다.To prepare a solar cell in the same manner as in Example 2, in place of D5 dye D6, N3 ([Ru- (dcbpyH 2 ) 2 (NCS) 2 ], where dcbpyH is 4,4'-dicarboxy-2, 2'-bipyridine), D13, D14, D15 and D16 was used as a dye to prepare a solar cell.

Figure 112007012849397-pat00017
Figure 112007012849397-pat00017

상기 제조된 태양전지의 광전자화학특성(photoelectrochemical characteristics), IPCE 지수, 흡광 스펙트럼 및 몰 흡광계수를 측정하여 도 1, 도 2, 표 1 및 표 2에 나타내었으며, 하기 표 1에는 Jsc(short-circuit photocurrent density), Voc(open circuit voltage), FF(fill factor), 광전자 전환효율(η)을 측정하여 나타내었으며, 표 2에는 흡광피크 및 몰 흡광계수를 나타내었다.The photoelectrochemical characteristics, the IPCE index, the absorption spectrum, and the molar extinction coefficient of the manufactured solar cell were measured and shown in FIGS. 1, 2, Table 1, and Table 2, and in Table 1, J sc (short- The circuit photocurrent density (V oc ), open circuit voltage (V oc ), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) were measured and shown in Table 2.

태양전지의 광전자화학특성은 Keithley M 236 소스 측정 장치를 이용하여 측정하였으며, 광원으로는 AM 1.5 필터(Oriel)가 구비된 300 W Xe 램프를 이용하였고, 전극크기는 0.4 × 0.4 cm2, 빛의 세기는 1 sun(100 mW/cm2)으로 하였다. 빛의 세기는 Si 태양전지를 이용하여 조정하였다. IPCE 지수는 PV Measurement 사의 시스템을 이용하여 측정하였다. 용액과 TiO2 필름에서의 염료의 흡광 스펙트럼들을 측정은 HP 8453A 다이오드 어레이 스펙트로포토미터를 사용하였다.The photoelectrochemical characteristics of the solar cell were measured using a Keithley M 236 source measuring device, and a 300 W Xe lamp equipped with an AM 1.5 filter (Oriel) was used as the light source, and the electrode size was 0.4 × 0.4 cm 2 . The intensity was 1 sun (100 mW / cm 2 ). Light intensity was adjusted using a Si solar cell. The IPCE index was measured using PV Measurement's system. Absorption spectra of the dye in the solution and TiO 2 film were measured using an HP 8453A diode array spectrophotometer.

[표 1]TABLE 1

염료dyes Jsc(mA/cm2)J sc (mA / cm 2 ) Voc(V)V oc (V) FFFF η(%)η (%) N3N3 9.809.80 0.630.63 0.660.66 4.14.1 D5D5 10.810.8 0.630.63 0.680.68 4.64.6 D6D6 11.711.7 0.630.63 0.660.66 4.84.8 D13D13 3.393.39 0.580.58 0.700.70 1.41.4 D14D14 4.434.43 0.580.58 0.670.67 1.71.7 D15D15 3.793.79 0.580.58 0.660.66 1.51.5 D16D16 2.362.36 0.540.54 0.560.56 0.720.72

도 1은 본 발명의 염료인 D5, D6과 N3 염료를 담지시켜 제조한 태양전지의 J-V 커브 및 IPCE(%)를 나타낸 것이다.Figure 1 shows the J-V curve and IPCE (%) of the solar cell prepared by supporting the dyes D5, D6 and N3 of the present invention.

도 1 및 표 1에 나타나는 바와 같이 본원발명의 D5, D6은 N3에 비하여 커브가 전 파장에 걸쳐 높음을 알 수 있으며, 광에너지 전환효율이 각각 4.6% 및 4.8%로 N3의 4.3에 비하여 높음을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 루테늄계 염료는 종래 태양전지에 널리 사용되던 N3 염료에 비하여 현저히 향상된 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 1 and Table 1, D5 and D6 of the present invention can be seen that the curve is higher over the entire wavelength than N3, the light energy conversion efficiency is 4.6% and 4.8%, respectively, higher than 4.3 of N3 Able to know. Therefore, it was confirmed that the ruthenium-based dye of the present invention can produce a solar cell having a remarkably improved efficiency compared to the N3 dye widely used in the conventional solar cell.

[표 2]TABLE 2

염료dyes λmax(nm) (εmax(104 M-1cm-1))λ max (nm) (ε max (10 4 M -1 cm -1 )) N3N3 385(1.36), 533(1.33)385 (1.36), 533 (1.33) D5D5 441(4.03), 527(2.60)441 (4.03), 527 (2.60) D6D6 449(7.85), 539(3.43)449 (7.85), 539 (3.43) D13D13 453(1.61)453 (1.61) D14D14 463(1.99), 532(1.76)463 (1.99), 532 (1.76) D15D15 452(2.16)452 (2.16) D16D16 471(4.54), 555(2.67)471 (4.54), 555 (2.67)

또한 도 2의 (a), (b), (c)는 각각 D5, D6 및 N3을 5.0 × 10-6 M 농도의 DMF 용액, DMF 용액에서 0.5 nm의 농도로 코팅한 7 ㎛의 두께의 TiO2 필름, 및 상기 필름을 10 mM KOH 수용액에 3일 동안 담가 염료를 제거한 후의 흡광 스펙트럼을 측정한 것으로, 도 2a(용액 스펙트라) 및 도 2b(필름 스펙트라)를 및 표 2를 통하여 필름에 D5와 N3이 거의 대등한 양으로 필름에 흡착되었음을 알 수 있으며, D6은 N3과 비교하여 약 73%의 몰이 필름에 흡착된 것을 확인하였다. 또한 도 2b 및 도 2c는 TiO2 표면으로부터 N3은 완전히 제거되었음에 비하여 D5 및 D6은 각각 84%, 및 77% 만이 제거되었음을 확인하였다. 이를 통하여 본원발명의 D5 및 D6이 N3에 비하여 TiO2 표면에 강하게 흡착하여 태양전지의 내구성을 현저히 향상시킬 수 있음을 확인하였다.In addition, (a), (b) and (c) of FIG. 2 show a thickness of 7 μm of TiO coated with D5, D6 and N3 at a concentration of 0.5 nm in a DMF solution at 5.0 × 10 −6 M concentration and a DMF solution, respectively. 2 film, and the absorbance spectrum after removing the dye in a 10 mM KOH aqueous solution for 3 days was measured, and the film D5 and D5 in Figure 2a (solution spectra) and 2b (film spectra) and Table 2 It can be seen that N3 was adsorbed on the film in an almost equivalent amount, and D6 confirmed that about 73% of the mole was adsorbed on the film compared to N3. In addition, FIG. 2B and FIG. 2C confirmed that only 84% and 77% of D5 and D6 were removed, whereas N3 was completely removed from the TiO 2 surface. As a result, it was confirmed that D5 and D6 of the present invention were strongly adsorbed on the surface of TiO 2 as compared to N3, thereby significantly improving the durability of the solar cell.

또한 본 발명의 상기 D5, D6의 R인 부틸을 메틸, 에틸, 프로필로 하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 염료를 제조한 결과 상기 D5 및 D6와 대등한 정도의 광전지 변환 효율을 나타내었으며, 산화물 반도체 미립자와의 결합력에 있어서도 대등한 결과를 나타내었다. In addition, when the dye was prepared in the same manner as in Example 1 using butyl, which is the R of D5 and D6 of the present invention, as methyl, ethyl, and propyl, the photovoltaic conversion efficiency was comparable to that of D5 and D6. Similar results were also found in the bonding force with the semiconductor fine particles.

본 발명의 신규한 루테늄계 염료는 종래의 염료보다 현저히 향상된 광전기 변환 효율을 나타내며, 산화물 반도체 미립자와의 결합력을 강화시키고, Jsc(short circuit photocurrent density)와 몰 흡광계수가 우수하여 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.The novel ruthenium-based dyes of the present invention exhibit significantly improved photovoltaic conversion efficiency than conventional dyes, enhance bonding with oxide semiconductor fine particles, and improve JSC (short circuit photocurrent density) and molar extinction coefficient to improve solar cell efficiency. It can greatly improve.

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 루테늄(Ru)계 염료:Ruthenium-based dyes represented by Formula 1 below: [화학식 1][Formula 1]
Figure 112007012849397-pat00018
Figure 112007012849397-pat00018
상기 화학식 1에서 a1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, In Formula 1, the a1 ring may have one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group, 또한 X, Y는 각각 독립적으로 메틸 또는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이며, X와 Y 중 적어도 하나는 화학식 2로 표시되는 화합물이며,In addition, X and Y are each independently a compound represented by methyl or the formula (2), at least one of X and Y is a compound represented by the formula (2), [화학식 2][Formula 2]
Figure 112007012849397-pat00019
Figure 112007012849397-pat00019
상기 화학식 2에서 상기 b1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, 또한 R은 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이다.In Formula 2, the b1 ring may have one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group, and R may be the same or different. Each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 염료는 하기 화학식으로 표시되는 것들 중 하나인 루테늄(Ru)계 염료.The dye is a ruthenium (Ru) dye is one of those represented by the following formula.
Figure 112010040620119-pat00032
Figure 112010040620119-pat00032
하기 화학식 4 또는 5의 화합물을 하기 화학식 3, 화학식 6 및 화학식 7의 화합물과 순차적으로 반응시키는 것을 특징으로 하는 화학식 1로 표시되는 루테늄(Ru)계 염료의 제조방법:Method for producing a ruthenium (Ru) -based dye represented by the formula (1) characterized in that to react the compound of formula 4 or 5 with the compound of formula (3), formula (6) and formula (7): [화학식 3](3) [RuCl2(p-cymene)]2 RuCl 2 ( p -cymene) 2 [화학식 4][Formula 4]
Figure 112010040620119-pat00021
Figure 112010040620119-pat00021
[화학식 5][Chemical Formula 5]
Figure 112010040620119-pat00022
Figure 112010040620119-pat00022
[화학식 6][Formula 6]
Figure 112010040620119-pat00023
Figure 112010040620119-pat00023
[화학식 7][Formula 7] NH4NCSNH 4 NCS [화학식 1][Formula 1]
Figure 112010040620119-pat00033
Figure 112010040620119-pat00033
상기 화학식에서 a1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, b1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, 또한 R은 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며, 또한 X, Y는 각각 독립적으로 메틸 또는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이며, X와 Y 중 적어도 하나는 화학식 2로 표시되는 화합물이다.In the above formula, the a1 ring may have one or more substituents, and the substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, or an acyl group, and the b1 ring may have one or more substituents. The substituent may be a halogen atom, an amide group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group or an acyl group, and R may be the same or different, and each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. In addition, X and Y are each independently methyl or a compound represented by the following formula (2), at least one of X and Y is a compound represented by the formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112010040620119-pat00034
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제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 염료는 하기 반응식의 과정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 루테늄(Ru)계 염료의 제조방법:The dye is a method for producing a ruthenium (Ru) dye, characterized in that prepared by the process of the following scheme: [반응식][Scheme]
Figure 112010040620119-pat00035
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상기 반응식에서 4, 5는 각각 화학식 4 및 화학식 5의 화합물을 나타낸다.4 and 5 in the above schemes represent the compounds of the formulas (4) and (5), respectively.
제1항 기재의 염료로 담지시킨 산화물 반도체 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료증감 광전변환소자.A dye-sensitized photoelectric conversion element comprising oxide semiconductor fine particles supported by the dye of claim 1. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 염료증감 광전변환소자는 산화물 반도체 미립자에 포섭화합물의 존재하에 염료를 담지시킨 것을 특징으로 하는 염료증감 광전변환소자.The dye-sensitized photoelectric conversion device is a dye-sensitized photoelectric conversion device characterized in that the dye is carried on the oxide semiconductor fine particles in the presence of the inclusion compound. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 산화물 반도체 미립자가 이산화티탄을 필수성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염료증감 광전변환소자.Dye-sensitized photoelectric conversion device, characterized in that the oxide semiconductor fine particles contain titanium dioxide as an essential component. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 산화물 반도체 미립자가 평균 입경이 1 ∼ 500 nm인 것을 특징으로 하는 염료증감 광전변환소자.Dye-sensitized photoelectric conversion device, characterized in that the oxide semiconductor fine particles have an average particle diameter of 1 to 500 nm. 제5항 기재의 염료증감 광전변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지.A dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 5. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 염료감응태양전지는 전도성 투명 기판 위에 산화티타늄 페이스트를 코팅하는 단계, 페이스트가 코팅된 기판을 소성하여 산화티타늄 박막을 형성하는 단계, 산화티타늄 박막이 형성된 기판을 화학식 1로 표시되는 염료가 용해된 혼합용액에 함침시켜 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극을 형성하는 단계, 그 상부에 대전극이 형성된 제2의 유리기판을 구비하는 단계, 제2 유리기판 및 대전극을 관통하는 홀(hole)을 형성하는 단계, 상기 대전극 및 상기 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극 사이에 열가소성 고분자 필름을 두고, 가열 압착 공정을 실시하여 상기 대전극 및 산화티타늄 필름전극을 접합시키는 단계, 상기 홀을 통하여 대전극과 산화티타늄 필름 전극 사이의 열가소성 고분자 필름에 전해질을 주입하는 단계 및 상 기 열가소성 고분자를 실링하는 단계를 통하여 제조되는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지.The dye-sensitized solar cell is a step of coating a titanium oxide paste on a conductive transparent substrate, firing the substrate coated with a paste to form a titanium oxide thin film, the substrate in which the titanium oxide thin film is formed is dissolved Impregnating the mixed solution to form a titanium oxide film electrode on which dye is adsorbed, providing a second glass substrate having a counter electrode formed thereon, and forming a hole through the second glass substrate and the counter electrode. Forming a thermoplastic polymer film between the counter electrode and the dye-adsorbed titanium oxide film electrode, and performing a heat compression process to bond the counter electrode and the titanium oxide film electrode to the counter electrode through the hole. Injecting an electrolyte into the thermoplastic polymer film between the titanium oxide film electrode and the thermoplastic polymer Dye-sensitized solar cell, characterized in that it is manufactured through the step of sealing.
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