KR101007225B1 - 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 고전압 염료감응형 태양전지 - Google Patents

고전압 염료감응형 태양전지용 전해질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 고전압 염료감응형 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 I-/I3 - 산화환원쌍과 상기 I-/I3 - 산화환원쌍과 반응하여 화학적 평형관계를 형성할 수 있는 할로겐 복합체로 구성된 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍들이 공존하는 다중 산화환원쌍계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 전해질, 이의 제조방법 및 상기 전해질을 사용하여 제조된 개방전압이 향상된 염료감응형 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 전해질은 다중 산화환원쌍계를 포함함으로써 염료의 종류에 제한없이 원활한 염료의 원상회복반응이 가능하면서도, 전기화학적으로 산화환원전위를 양의 방향으로 변화를 유도하고 이를 통하여 개방전압을 증가시켜 광전변환 효율이 증가된 염료감응형 태양전지를 제공할 수 있다.

Description

고전압 염료감응형 태양전지용 전해질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 고전압 염료감응형 태양전지{ELECTROLYTE FOR HIGH VOLTAGE DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, PREPARATION METHOD THEREOF, AND HIGH VOLTAGE DYE-SENSITIZED SOLAR CELL MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 고전압 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 I-/I3 - 산화환원쌍과 I-/I3 - 산화환원쌍과 반응하여 화학적 평형관계를 형성할 수 있는 할로겐 복합체로 구성된 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍들이 공존하는 다중 산화환원쌍계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 전해질, 이의 제조방법 및 상기 전해질을 사용하여 제조된 개방전압이 향상된 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
이와 같은 태양전지를 물질별로 크게 구분하면 무기물 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기물 태양전지(organic solar cell)가 있다.
무기물 태양전지로서 단결정 실리콘이 주로 사용되고 있고, 이러한 단결정 실리콘계 태양전지는 박막형 태양전지로 제조될 수 있는 장점을 가지나, 많은 비용이 소요되고, 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
염료감응형 태양전지는 기존의 p-n 접합에 의한 실리콘 태양전지와는 달리, 가시광선의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응형 태양전지는 기존 실리콘을 기반으로 하는 태양 전지와 비교했을 때 빛과 열에 대한 장시간 노출에도 견딜 수 있으며, 저렴하고 용이하게 에너지를 생산할 수 있다.
지금까지 알려진 염료감응형 태양전지 중 대표적인 예로서 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있다(미국등록특허 제4,927,721호 및 제5,350,644호). 그라첼 등에 의해 제안된 염료감응형 태양전지는 염료 분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 산화물 반도체층이 형성된 광전극과, 백금, 금 또는 탄소가 코팅된 상대전극과, 이들 전극 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성되어 있다. 이 광전기화학적 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하여 주목받아 왔다. 이러한 그라첼이 개발한 염료감응형 태양전지 기술은 값비싼 실리콘 태양 전지의 저렴한 대안으로 유망하다는 사실을 보여 주었다.
상술한 바와 같이 염료감응형 태양전지는 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.
염료감응형 태양전지의 광전변환 효율은 태양빛의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로, 광전변환 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 늘리기 위해, 산화물 반도체의 입자를 나노 수준으로 제조하는 방법 등이 개발되어 있으며, 태양광의 흡수를 높이기 위해 백금전극의 반사율을 높이거나, 수 마이크로 크기의 반도체 산화물 광산란자를 섞어서 제조하는 방법 등이 개발되어 왔다.
그러나, 이와 같은 방법으로는 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키는데 한계가 있어 효율 향상을 위한 새로운 기술개발이 절실히 요청되고 있는 실정이다. 따라서 전해질의 용액의 성질을 변화시킴으로서 염료감응형 태양전지의 개방전압(open circuit voltage), 충밀계수(fill factor) 등의 특성 개선을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
염료감응형 태양전지에서 전해질은 광전변환 효율 및 안정성에 가장 많은 영향을 미친다.
본 발명에서는 염료감응형 태양전지의 개방전압을 향상시킬 수 있는, 염료감응형 태양전지의 전해질 내에 존재하는 산화환원 매개체 역할을 하는 산화환원쌍(redox couple)을 제시한다.
일반적으로 염료감응형 태양전지는 전기화학적 태양전지로 알려져 있으며 이는 염료감응형 태양전지의 주요 작동과정에 전기화학적 산화환원이 매우 중요한 요인으로 작용하기 때문이다. 특히 빛의 흡수를 통하여 여기된 염료가 금속산화물 반도체 나노입자로 전자를 전달함으로써 산화상태가 된 후 즉시 원상태로 회복(regeneration) 되어야 하는데 이때 전해질 (electrolyte) 내에 존재하는 산화환원 매개체가 즉시 산화상태의 염료를 환원시켜주고 스스로는 산화상태로 된다. 이렇게 산화된 매개체는 확산을 통하여 상대전극(counter electrode)으로 이동한 후 이곳에서 전자를 전달받아 환원됨으로써 원상태로 돌아가게 된다.
현재까지 알려진 산화환원쌍 중 오직 I-/I3 - 산화환원쌍 만이 염료감응형 태양전지의 효율이 유의미하게 나오며 많은 연구에도 불구하고 다른 산화환원쌍들은 염료감응형 태양전지의 작동효율이 매우 낮아 가치가 없다. I-/I3 - 산화환원쌍은 하기 반응식 2에 나타난 바와 같이 2개의 전자가 동시에 전달되는 반응을 수행하기 때문에 전자전달 반응의 속도가 느려 전기화학적 관점에서 볼 때는 이상적인 산화환원쌍은 아님에도 거의 유일하게 염료감응형 태양전지의 전해질에 포함되어 활용되고 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 이러한 염료감응형 태양전지의 전해질 내에 포함되는 산화환원쌍은 염료의 원상회복(regeneration)을 촉진하는 것 이외에도 염료감응형 태양전지의 개방전압의 결정에 큰 역할을 한다. 즉 염료감응형 태양전지의 개방전압은 전극의 전자에너지 레벨에 해당하는 광전극의 페르미 에너지 레벨 (EF)과 전해질의 페르미 레벨의 차이에 의하여 결정되는데 전해질 또는 액체상의 전자에너지 레벨인 페르미 레벨은 산화환원쌍의 산화환원전위인 E(I-/I3 -)와 같다. 따라서 새로운 산화환원쌍의 개발을 통하여 염료감응형 태양전지의 개방전압을 조절할 수 있다.
염료감응형 태양전지의 개방전압을 향상시키기 위해 Br-/Br3 - 산화환원쌍을 포함하는 할로겐족 원소들이나 X-/X3 - (X=SeCN, SCN) 등의 유사할로겐족 원소들을 이용한 전해질을 개발하려는 노력들이 끊임없이 있어왔다. 하지만 특수한 조건하에서 Br-/Br3 - 산화환원쌍을 이용했을 경우에만 유의미한 전지효율을 얻을 수 있었다. 즉, Br-/Br3 - 산화환원쌍의 전기화학적 반응은 전기화학적으로 산화환원전위가 더 양의 방향(약 0.5 V 이상)으로 크게 이동되기 때문에 현재 가장 많이 사용되는 루테늄계 염료들의 바닥상태 산화환원 전위와 근접하게 되어 원활한 염료의 원상회복반응을 기대하기 어렵고, Br-/Br3 - 산화환원쌍을 이용한 전해질의 경우 산화환원 전위가 훨씬 더 양의 값을 가지는 이오신과 같은 크산틴계 염료를 쓸 경우에만 셀의 작동이 원활하고 어느 정도 의미있는 효율을 기대할 수 있는 문제점을 가진다. 또한 이 경우에도 염료자체의 에너지 레벨이 낮아지는 문제로 인하여 고효율을 얻기에는 문제가 많다.
이와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명자들은 염료감응형 태양전지의 특성 중 개방전압을 향상시키기 위한 산화환원쌍의 개발에 관한 연구를 거듭하였고, 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질에 기본적으로 이용되는 I-/I3 - 산화환원쌍에 추가적으로 요오드계 외의 새로운 할로겐 및 유사할로겐 복합체로 이루어진 이온을 기반으로 한 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍을 포함하는 전해질을 활용하는 경우 전기화학적으로 산화환원전위를 보다 양의 방향으로 변화를 유도하여 염료감응형 태양전지의 개방전압이 증가할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 종래의 I-/I3 - 산화환원쌍을 사용하는 염료감응형 태양전지와 안정성 측면에서 유사하나, 염료감응형 태양전지의 개방전압을 상승시킬 수 있도록 I-/I3 - 산화환원쌍과 I-/I3 - 산화환원쌍과 반응하여 화학적 평형관계를 형성할 수 있는 요오드계 외의 새로운 할로겐 및 유사할로겐 복합체로 이루어진 이온을 기반으로 한 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 공존하는 다중 산화환원쌍계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 전해질 및 이의 제조방법을 제공함으로써 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질로서, I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질을 제공한다.
또한, 본 발명은 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질로서, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 요오드를 제외한 할로겐족 원소로는 브롬을 사용할 수 있으며, 유사할로겐족 원소로는 시안화셀레늄(SeCN) 또는 시안화황(SCN)를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 유기용매에 요오드염 또는 요오드(I2)를 첨가한 후, 이에 요오드를 제외한 할로겐족 원소; 요오드를 제외한 할로겐족 원소를 포함하는 염; 유사할로겐족 원소 및 유사할로겐족 원소를 포함하는 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가함으로써 2종 이상의 산화환원쌍이 서로 화학적 평형을 이룬 다중 산화환원쌍계가 전해질 내에 포함되도록 제조되는 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질은 유기용매 내에 요오드염 또는 요오드를 첨가한 후, 요오드를 제외한 할로겐족 원소, 유사할로겐족 원소 또는 이들을 포함하는 염을 첨가하여, 전해액 내에 I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍 그리고 선택적으로 X-/X3 - 산화환원쌍이 화학적 평형관계를 이루며 공존하도록 제조된다.
상술한 바와 같이 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소이며, 요오드를 제외한 할로겐족 원소로는 브롬을 사용할 수 있으며, 유사할로겐족 원소로는 시안화셀레늄(SeCN) 또는 시안화황(SCN)을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기용매로는 아세토니트릴, 에틸렌글리콜, 부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸에테르, 이옥산, 테트라하이드로퓨란, n-부틸 에테르, 프로필 에테르, 이소프로필에테르, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소부틸케톤, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 메틸 이소프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, N-메틸-2-피롤리돈 및 3-메톡시프로피오니트릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합용액을 사용할 수 있다.
본 발명은 광전극, 상대전극 및 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 전해질을 사용하는 고전압 염료감응형 태양전지를 제공한다.
또한 본 발명은 광전극, 상대전극 및 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)를 포함하며 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 전해질을 사용하는 고전압 염료감응형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 종래의 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질에 포함되는 산화환원쌍인 I-/I3 - 와 추가적으로 I-/I3 - 와 반응하여 화학적 평형관계를 형성할 수 있는 X-/X3 - 및 이들 간의 혼합과정에서 생성되는 새로운 할로겐 복합체로 구성된 산화환원쌍들이 공존 또는 혼재하는 다중 산화환원쌍계를 사용함으로써 전기화학적으로 산화환원전위를 양의 방향으로 변화를 유도하고 이를 통하여 개방전압을 증가시켜 광전변환 효율이 증가된 염료감응형 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응형 태양전지의 기본 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 염료감응형 태양전지에서 전극 및 전해질의 산화환원 전위 및 개방전압과의 상관관계 및 전자전달 반응 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 염료감응형 태양전지에서 본 발병에서 제시한 다중산화환원쌍계를 포함한 전해질을 사용할 경우 전해질 내의 산화환원쌍의 에너지 준위의 변화에 따라 염료감응형 태양전지의 개방전압에 주는 영향을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지용 전해질에 대한 전기화학적 특성을 분석한 것으로서 CHI 430 A electrochemical workstation(CH Instrument, Inc. USA)을 사용하여 전기화학적 산화관련 순환전류법(Cyclic voltammetry)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지용 전해질에 대해서 전기화학적 특성을 분석한 것으로서, CHI 430 A electrochemical workstation(CH Instrument, Inc. USA)을 사용하여 미분펄스형전류법(Differential pulse voltammetry)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해 광전압 및 광전류를 측정한 전류-전압 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해 광전압 및 광전류를 측정한 전류-전압 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지의 시간에 따른 전류밀도(Jsc), 전압(Voc), 및 충밀계수(FF)를 이용하여 광전변환 효율(ηe)을 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질로서, I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질을 제공한다.
또한, 본 발명은 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질로서, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질을 제공한다.
본 발명에서 상기 다중 산화환원쌍계(multi redox couple system)는 I-/I3 - 산화환원쌍 및 I-/I3 - 산화환원쌍과 반응하여 화학적 평형관계를 형성할 수 있는 할로겐 복합체(interhalogen complex)로 구성된 산화환원쌍인 (I-,X-)/I2X- 이 동시에 포함된 다중 산화환원쌍계를 의미하며, 상기 다중 산화환원쌍계는 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)로 표현될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 다중 산화환원쌍계는 I-/I3 - 산화환원쌍 및 I-/I3 - 산화환원쌍과 반응하여 화학적 평형관계를 형성할 수 있는 X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함된 다중 산화환원쌍계를 의미하며, 상기 다중 산화환원쌍계는 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)로 표현될 수 있다.
본 발명에서 상기 다중 산화환원쌍계는 (I-,X-)/(I3 -, I2X-) 또는 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)으로 표현하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소를 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 요오드를 제외한 할로겐족 원소로는 브롬을 사용할 수 있으며, 유사할로겐족 원소로는 시안화셀레늄(SeCN) 또는 시안화황(SCN)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질은 상술한 다중 산화환원쌍계를 포함함으로써 하기 반응식 1의 산화한원 반응에 의하여 정의되는 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍과 반응식 2에 의하여 정의되는 I-/I3 - 산화환원쌍이 동시에 공존하며, 선택적으로 반응식 3에 의해 정의되는 X-/X3 - 산화환원쌍이 더 포함되는 용액의 조성을 의미한다.
즉, 본 발명에서 제안하는 상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)는 전해질 내에서 I-, I3 -, X- 및 I2X- 이온으로 존재하여 하기 반응식 1 및 2로 표현되는 2개의 산화환원 반응이 동시에 일어난다. 또한, 본 발명에서 제안하는 상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)는 전해질 내에서 I-, I3 -, X-, X3 - 및 I2X- 이온으로 존재하여 하기 반응식 1, 2 및 3으로 표현되는 3개의 산화환원 반응이 동시에 일어난다.
[반응식 1]
2I- + X- ↔ I2X- + 2e
[반응식 2]
3I- ↔ I3 - + 2e
[반응식 3]
3X- ↔ X3 - + 2e
상기 반응식 1, 반응식 2 및 반응식 3으로 표현되는 3개의 산화환원 반응은 통상적으로 염료감응형 태양전지 내에 존재하는 산화환원쌍인 I-/I3 -가 나타내는 산화환원 반응과 동일한 기능을 수행한다. 즉, 광흡수에 의해 여기 상태에서 금속산화물 나노입자로 전자를 전이함으로써 산화된 염료분자를 환원시키는데 참여하며 또한 상대전극에 도달한 전자에 의해 환원될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 다중 산화환원쌍계를 포함하는 염료감응형 태양전지용 전해질을 사용하는 경우 전기화학적으로 산화환원전위를 양의 방향으로 변화를 유도하고 이를 통하여 개방전압을 증가시켜 광전변환 효율을 증가시킬 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명에서 제안하는 상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)에서 (I-,X-)/I2X- 반응(반응식 1)의 전기화학적인 산화환원 에너지 준위는 I-/I3 - 반응(반응식 2)의 산화환원 에너지 준위보다 더 양의 값을 가지게 되며, 두 반응식은 화학적으로 평형관계를 유지하게 되므로 결과적으로 전해질 내의 산화환원쌍에 의하여 정해지는 전해질의 최종 에너지 준위(페르미 레벨)는 두 반응(반응식 1과 반응식 2)의 산화환원 에너지 준위들의 농도 기여도에 따른 중간값으로 결정된다(도 3 참조).
결과적으로 본 발명에 따른 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 평균 에너지준위는 I-/I3 - 만을 포함하는 통상의 전해질에 비하여 더 양의 값을 가지게 되며 따라서 염료감응형 태양전지의 개방전압의 상승을 유도한다.
본 발명에서 제안하는 다중 산화환원쌍계는 염료감응형 태양전지에 사용되는 액체 전해질, 반고체 전해질 또는 고체 전해질에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 일 실시형태에 따라 고전압 염료감응형 태양전지에 사용될 수 있는 액체 전해질의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법은 유기용매에 요오드염 또는 요오드(I2)를 첨가한 후, 이에 요오드를 제외한 할로겐족 원소; 요오드를 제외한 할로겐족 원소를 포함하는 염; 유사할로겐족 원소 및 유사할로겐족 원소를 포함하는 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가함으로써 2종 이상의 산화환원쌍이 서로 화학적 평형을 이룬 다중 산화환원쌍계가 전해질 내에 포함되도록 제조된다.
본 발명의 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질은 유기용매 내에 요오드염 또는 요오드(I2)를 첨가한 후, 요오드를 제외한 할로겐족 원소, 유사할로겐족 원소 또는 이들을 포함하는 염을 선택적으로 첨가함으로써, 유기용매 내에 I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 화학적 평형관계를 이루며 공존하도록 제조되거나, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 화학적 평형관계를 이루며 공존하도록 제조된다.
상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소이며, 요오드를 제외한 할로겐족 원소로는 브롬을 사용할 수 있으며, 유사할로겐족 원소로는 시안화셀레늄(SeCN) 또는 시안화황(SCN)를 사용할 수 있다.
상기 요오드를 제외한 할로겐족 원소, 유사할로겐족 원소 또는 이들을 포함하는 염들은 용액에 첨가된 후 유기 용매 내에 포함된 요오드염 또는 요오드(I2)와 화학적 평형관계를 형성한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기용매로는 아세토니트릴, 에틸렌글리콜, 부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸에테르, 이옥산, 테트라하이드로퓨란, n-부틸 에테르, 프로필 에테르, 이소프로필에테르, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소부틸케톤, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 메틸 이소프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, N-메틸-2-피롤리돈 및 3-메톡시프로피오니트릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합용액을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법에서와 같이 유기용매에 요오드염과 브롬(Br2)을 첨가하는 경우 하기 반응식 4에서와 같이 Br2은 I-와 반응하여 자발적으로 I2를 형성하는데 이는 요오드에 비해 브롬의 전기음성도가 높아 브롬이 요오드를 산화시키기 때문이다.
[반응식 4]
Br2 + 2I- → I2 + 2Br-
이후 하기 반응식 5와 같이 I-로부터 I3 -이 형성됨으로써 평형상태를 이룬다.
[반응식 5]
I2 + I- → I3 -
I-과 Br-은 루이스 염기로 작용하고 I2는 루이스 산으로 작용하여 Br-은 I2와 반응하여 전해질 내 존재하는 Br- 농도에 따라 I2Br- 및 IBr2 -와 같은 할로겐 복합체를 형성하며, 열역학적 화학평형에 의해 I2Br-이 IBr2 -보다 우세하게 형성되며, 상기 I2Br-은 본 발명에 따른 전해질 내에서 산화환원쌍 중 산화된 형태의 I3 -와 동일한 역할을 한다.
또한, 본 발명은 광전극, 상대전극 및 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 전해질을 사용하는 고전압 염료감응형 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광전극, 상대전극 및 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)를 포함하며 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 전해질을 사용하는 고전압 염료감응형 태양전지를 제공한다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 요오드를 제외한 할로겐족 원소로는 브롬을 사용할 수 있으며, 유사할로겐족 원소로는 시안화셀레늄(SeCN) 또는 시안화황(SCN)을 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료감응형 태양전지의 기본 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지(140)는 산화물 반도체층을 포함한 광전극(110), 상대전극(120) 및 전해질(130)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 다중 산화환원쌍계를 포함한 전해질(130)은 광전극(110)과 상대전극(120) 사이의 공간에 개재되어, 상기 광전극(110)과 상대전극(120) 사이에서 광전극(110)에 부착된 염료분자의 광흡수에 의한 전기화학적 반응, 즉, 광흡수에 의한 염료분자의 여기 상태에서 금속산화물 나노입자로 전자 전이함으로써 형성되는 산화된 염료분자(100)를 환원시키며 또한 상대전극(120)에 도달한 전자에 의해 환원되어 기전력을 발생시키는 역할을 한다.
본 발명의 염료감응형 태양전지(140)에서의 광전극(110)은 종래에 잘 알려진 바와 같이 인듐주석산화물(ITO) 또는 불소화주석산화물(FTO)과 같은 전도성 물질이 코팅된 기판 상에 염료가 흡착된 메조다공성 산화물 반도체 나노입자층이 형성된 것일 수 있다.
본 발명에서 기판으로서는 염료감응형 태양전지에 일반적으로 사용되는 투명기판을 사용할 수도 있고, 플렉서블 염료감응형 태양전지의 전극제조시 사용되는 금속기판 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용하는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다.
상기 나노입자로 구성된 메조다공성 산화물 반도체층에 흡착된 염료로는 루테늄계 염료가 바람직하며, 이외에도 로다민 B, 로즈벤갈, 이오신, 에리스로신 등의 크산틴계 염료, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 염료, 페노사프라닌, 카르비블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 염료, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 염료, 다환퀴논계 염료 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 염료감응형 태양전지(140)에서의 상대전극(120)으로는 종래에 잘 알려진 바와 같이 기판 상에 백금, 금, 카본 등으로 형성된 촉매층이 증착된 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지(140)는 기존에 일반적으로 활용되는 I-/I3 - 산화환원쌍에 추가적으로 X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계를 포함한 전해질(130)을 사용함으로써 상술한 바와 같이 염료의 종류에 제한없이 원활한 염료의 원상회복반응이 가능하면서도 산화환원 전위가 보다 높은 양의 값을 나타내어 염료감응형 태양전지의 개방전압이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
N719 염료 및 본 발명의 전해질을 사용한 DSSC 의 제조
30 nm 나노파티클(P25; Degusa, Germany)과 50 중량%의 하이드록시프로필 셀룰로오스(Aldrich)를 혼합하여 제조한 TiO2 페이스트를 제조하였다. 이후 SnO2:F 층(15× 20 nm, TEC15, Philkington)이 형성된 투명 전도성 유리기판 상에 상기와 같이 제조한 TiO2 페이스트를 닥터블레이트 방법으로 도포하여 TiO2 필름를 형성하였다. 이후 상기 TiO2 필름 상에 N719 루테늄계 염료를 포함한 용액에 18시간 동안 침지시킴으로써 염료를 흡착시켜 광전극을 제조하였다. 또한 투명 전도성 유리기판 상에 5 mM의 H2PtCl6· 6H2O을 스핀코팅하여 촉매층이 형성된 상대전극을 제조하였다. 이와 같이 제조된 광전극과 상대전극을 설린 필름(surlyn film)을 사용하여 결합시킨 후 상대전극에 전해질을 투입할 수 있도록 천공하였다. 이후, 아세토니트릴을 용매로 하여 0.4 M의 요오드화리튬, 0.04 M의 브롬(Br2), 0.4 M의 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드(PMⅡ)(Solaronix) 및 0.5 M의 4-터트-부틸피리딘(TBP)의 조성을 가지도록 혼합하여 제조한 전해질을 상기 상대전극에 천공한 구멍에 주입하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.
이오신 염료 및 본 발명의 전해질을 사용한 DSSC 의 제조
광전극 제조시 2',4',5',7'-테트라 브로모 플루오레세인(이오신 Y, acid form, 99%) 염료를 포함한 용액을 사용하여 염료를 흡착시키고, 전해질로서 0.4 M의 요오드화리튬, 0.04 M의 브롬(Br2), 0.4 M의 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드(PMⅡ)(Solaronix) 및 0.5 M의 4-터트-부틸피리딘(TBP) 조성을 가지도록 아세토니트릴 용매에 혼합하여 제조한 전해질을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.
[비교예 1]
N719 염료 및 I - / I 3 - 산화환원쌍을 포함한 전해질을 사용한 DSSC 의 제조
전해질로서 아세토니트릴을 용매로 사용하여 0.4 M의 요오드화리튬, 0.04 M의 요오드(I2), 0.4 M의 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드(PMⅡ)(Solaronix) 및 0.5 M의 4-터트-부틸피리딘(TBP)의 조성을 가지도록 혼합하여 제조한 전해질을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.
[비교예 2]
N719 염료 및 Br - / Br 3 - 산화환원쌍을 포함한 전해질을 사용한 DSSC 의 제조
전해질로서 0.4 M의 브롬화리튬, 0.04 M의 브롬(Br2), 0.4 M의 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드(BMIB)(Fluka) 및 0.5 M의 4-터트-부틸피리딘(TBP)을 아세토니트릴 용매에 혼합하여 제조한 전해질을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.
[비교예 3]
이오신 염료 및 Br - / Br 3 - 산화환원쌍을 포함한 전해질을 사용한 DSSC 의 제조
광전극 제조시 2',4',5',7'-테트라 브로모 플루오레세인(이오신 Y, acid form, 99%) 염료를 포함한 용액을 사용하여 염료를 흡착시키고, 전해질로서 0.4 M의 요오드화리튬 및 0.04 M의 요오드(I2) 그리고 0.4 M의 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드(PMⅡ)(Solaronix) 및 0.5 M의 4-터트-부틸피리딘(TBP)을 아세토니트릴 용매에 혼합하여 제조한 전해질을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.
[비교예 4]
이오신 염료 및 I - / I 3 - 산화환원쌍을 포함한 전해질을 사용한 DSSC 의 제조
광전극 제조시 2',4',5',7'-테트라 브로모 플루오레세인(이오신 Y, acid form, 99%) 염료를 포함한 용액을 사용하여 염료를 흡착시키고, 전해질로서 0.4 M 브롬화리튬 및 0.04 M 브롬(Br2)과 0.4 M의 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드(BMIB)(Fluka) 및 0.5 M의 4-터트-부틸피리딘(TBP)을 아세토니트릴 용매에 혼합하여 제조한 전해질을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.
시험예 1- 순환전류법 및 미분펄스형전류법 측정
광원으로는 300 W 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프를 사용하여 표준 태양광 조사조건(AM 1.5)하에서 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해, CHI 430 A electrochemical workstation(CH Instrument, Inc. USA)을 사용하여 전기화학적 산화관련 순환전류법(cyclic voltammetry)을 측정하여 도 4에 나타내었고, 미분펄스형전류법(differential pulse voltammetry)을 측정하여 도 5에 나타내었다. 도 4를 참조하면 본 발명에 따라 제조한 실시예 2에서의 전해질에는 기본적으로 I-/I3 - 를 주로 포함하기 때문에 I-/I3 -의 결과와 상당히 일치하는 시그널을 보이지만 약 0.4 ~ 0.5V 사이에서 미약한 산화신호가 있음이 보인다. 이러한 산화전류 신호는 새로운 산화환원쌍인 (I-,Br-)/I2Br-이 형성된 결과이며 이 신호는 또한 염료감응 태양전지의 작동에 관여하는 I-/I3 - 산화환원쌍의 전위보다 더 양의 값에서 산화반응이 일어난다는 점에서 고전압의 유도가 가능함을 알 수 있다. 도 5를 참조하면 도 5에서의 hump 또는 * 부분의 전기화학적 반응은 상기 반응식 4에서와 같이 용액 내의 I- 및 Br-이 반응하여 전기화학적 산화과정을 거쳐 또 다른 전기화학적 활성을 가지는 I2Br-이 생성되는 반응을 나타낸다.
시험예 2- 광전기적 특성 측정
광원으로는 300 W 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프를 사용하여 표준 태양광 조사조건(AM 1.5)하에서 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해 광전압 및 광전류를 측정한 전류-전압 그래프를 도 6에 나타내었고, 동일 조건으로 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해 광전압 및 광전류를 측정한 전류-전압 그래프를 도 7에 나타내었다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따라 제조한 염료감응형 태양전지는 최적화된 환경에서 약 6 내지 12% 정도의 효율 증가를 이룰 수 있음을 알 수 있다.
광전기적 특성 실험을 통하여 얻어진 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 염료감응형 태양전지의 전류밀도(Jsc), 전압(Voc), 및 충밀계수(FF)를 이용하여 광전변환 효율(ηe)을 하기 수학식 1에 따라 계산하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[수학식 1]
ηe = (Voc × Jsc × FF) / (Pine)
상기 수학식 1에서, (Pine)는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다.
상기와 같이 수학식 1에 따라 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다.
염료 구분 Voc (V) Jsc
(mA/cm2)		 충밀계수(FF) 광전변환 효율(%)
N719 실시예 1 0.691 10.082 0.711 4.953
비교예 1 0.648 9.924 0.686 4.410
비교예 2 0.568 0.787 0.419 0.187
이오신 Y 실시예 2 0.506 4.081 0.639 1.320
비교예 3 0.464 4.032 0.627 1.173
비교예 4 0.780 3.499 0.575 1.570
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 염료감응형 태양전지는 I-/I3 - 산화환원쌍 및 추가적으로 (I-,Br-)/I2Br- 산화환원쌍을 포함한 전해질을 사용한 경우 I-/I3 - 산화환원쌍만을 사용하는 비교예 1 및 비교예 3에서 제조한 염료감응형 태양전지에 비해 개방전압 및 광전변환 효율 모두 높게 나타냄을 알 수 있다. 반면, Br-/Br3 - 산화환원쌍을 사용하는 비교예 2 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지는 크산틴계 염료를 사용한 경우 I-/I3 - 산화환원쌍을 사용하는 염료감응형 태양전지에 비해 광전변환 효율이 약간 좋게 나타나나, 루테늄계 염료를 사용한 경우에는 광전변환 효율이 매우 낮게 나타났다.
또한, 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조한 염료감응형 태양전지의 시간에 따른 전류밀도(Jsc), 전압(Voc), 및 충밀계수(FF)를 이용하여 광전변환 효율(ηe)을 측정하여 도 8에 나타내었다. 도 8을 참조하면 본 발명에 따라 제조한 염료감응형 태양전지는 작동 성능 및 안정성 측면에서 기존의 I-/I3 - 산화환원쌍을 포함한 전해질을 사용한 염료감응형 태양전지의 시간대비 안정성의 특징을 그대로 따름을 알 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그 기술적 사상을 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예가 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 염료 110 : 광전극
120 : 상대전극 130 : 전해질
140 : 염료감응형 태양전지

Claims (14)

  1. 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질로서, I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질.
  2. 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질로서, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 X는 Br, SeCN 및 SCN으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)은 전해질 내에 I-, I3 -, X- 및 I2X- 이온으로 존재하여 2개의 산화환원 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)은 전해질 내에 I-, I3 -, X-, X3 - 및 I2X- 이온으로 존재하여 3개의 산화환원 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질.
  6. 유기용매에 요오드염 또는 요오드를 첨가한 후, 이에 요오드를 제외한 할로겐족 원소; 요오드를 제외한 할로겐족 원소를 포함하는 염; 유사할로겐족 원소 및 유사할로겐족 원소를 포함하는 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 첨가함으로써 2종 이상의 산화환원쌍이 서로 화학적 평형을 이룬 다중 산화환원쌍계가 전해질 내에 포함되도록 제조되고,
    상기 유기용매는 아세토니트릴, 에틸렌글리콜, 부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸에테르, 이옥산, 테트라하이드로퓨란, n-부틸 에테르, 프로필 에테르, 이소프로필에테르, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소부틸케톤, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 메틸 이소프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, N-메틸-2-피롤리돈 및 3-메톡시프로피오니트릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합용액인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 다중 산화환원쌍계는 I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계이며, 상기 다중 산화환원쌍계는 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)으로 표현되며 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 다중 산화환원쌍계는 I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계이며, 상기 다중 산화한원쌍계는 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)으로 표현되며 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 요오드를 제외한 할로겐족 원소는 Br이며, 유사할로겐족 원소는 SeCN 또는 SCN인 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지용 전해질의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 광전극, 상대전극 및 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, I-/I3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)를 포함하며, 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 전해질을 사용하는 고전압 염료감응형 태양전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-)은 전해질 내에 I-, I3 -, X- 및 I2X- 이온으로 존재하여 2개 이상의 산화환원 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지.
  13. 광전극, 상대전극 및 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, I-/I3 - 산화환원쌍, X-/X3 - 산화환원쌍 및 (I-,X-)/I2X- 산화환원쌍이 동시에 포함되어 서로 화학적 평형관계를 이루는 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)를 포함하며 상기 X는 요오드를 제외한 할로겐족 원소 또는 유사할로겐족 원소인 것을 특징으로 하는 전해질을 사용하는 고전압 염료감응형 태양전지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 다중 산화환원쌍계인 (I-,X-)/(I3 -, I2X-, X3 -)은 전해질 내에 I-, I3 -, X-, X3 - 및 I2X- 이온으로 존재하여 3개의 산화환원 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 고전압 염료감응형 태양전지.
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