KR101139923B1 - Multi-layered dyes-sensitized solar cells and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 전지 내에서 다중 염료 적층 구조를 가지는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 투명전도성 기판 위에 서로 다른 파장을 갖는 적어도 2종 이상의 염료층을 포함하는 광전극, 상기 광전극에 대향 배치되며 투명전도성 기판 위에 형성된 백금층을 포함하는 상대전극, 및 상기 광전극과 상대전극 사이를 충진하는 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 염료감응 태양전지는 여러 전지를 연결하지 않고 단일 전지 내에 각각 다른 광흡수파장을 가지는 염료들을 다층으로 적층 형성함으로써 태양광을 광범위하게 흡수할 수 있는 장점이 있다. 또한 각 염료에 맞는 나노산화물을 적용할 수 있어, 높은 에너지 변환 효율을 갖는 염료감응태양전지의 구현이 가능하다.
The present invention relates to a dye-sensitized solar cell having a multi-layered dye structure in a single cell and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention provides a photoelectrode comprising at least two or more dye layers having different wavelengths on a transparent conductive substrate, a counter electrode including a platinum layer disposed opposite to the photoelectrode and formed on a transparent conductive substrate; It provides a dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte filling between the photoelectrode and the counter electrode and a manufacturing method thereof.
The dye-sensitized solar cell of the present invention has the advantage of absorbing a wide range of sunlight by forming a multilayer of dyes having different light absorption wavelengths in a single cell without connecting multiple cells. In addition, it is possible to apply a nano oxide for each dye, it is possible to implement a dye-sensitized solar cell having a high energy conversion efficiency.

Description

다중 적층 염료감응 태양전지 및 제조방법 {MULTI-LAYERED DYES-SENSITIZED SOLAR CELLS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Multi-Layer Dye-Sensitized Solar Cell and Manufacturing Method {MULTI-LAYERED DYES-SENSITIZED SOLAR CELLS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 점성이 있는 염료탈착 용액을 이용하여 서로 다른 2개 이상의 염료를 수직적으로 적층한 다층의 염료층을 갖는 금속산화물 나노입자층과 상기 염료층 위에 형성된 서로 다른 종류의 금속산화물 나노산화물 나노입자층을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a metal oxide nanoparticle layer having a multilayer dye layer in which two or more different dyes are vertically stacked by using a viscous dye desorption solution; It relates to a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same comprising a metal oxide nanooxide nanoparticle layer of different types formed on the dye layer.

염료감응 태양전지(dye-sensitized photovoltaic cell)는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로 대표되는 것으로서, 도 1a에서 일반적인 구조를 보여주고 있다. 염료 감응형 태양전지는 일반적으로 투명 전도성 기판(10), 광흡수층(30), 상대전극(counter electrode)(70), 및 전해질(40)로 구성되며, 그 중 광흡수층은 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 금속산화물 나노입자 및 감광성 염료를 흡착시켜 사용하고, 상대전극으로는 투명전도성 기판위(10)에 백금(Pt)(60)을 코팅하여 사용한다.A dye-sensitized photovoltaic cell is represented by a photoelectrochemical solar cell published by Gratzel et al. In Switzerland in 1991, and shows a general structure in FIG. 1A. The dye-sensitized solar cell is generally composed of a transparent conductive substrate 10, a light absorption layer 30, a counter electrode 70, and an electrolyte 40, of which the light absorption layer has a wide bandgap energy. Metal oxide nanoparticles and photosensitive dyes are adsorbed and used, and a counter electrode is used by coating platinum (Pt) 60 on the transparent conductive substrate 10.

염료감응 태양전지는 태양광이 입사되면 태양광을 흡수한 감광성 염료가 여기상태(勵起狀態, excited state)로 되어 전자를 금속산화물의 전도대로 보낸다. 전도된 전자는 전극으로 이동하여 외부 회로로 흘러가서 전기에너지를 전달하고, 전기에너지를 전달한 만큼 낮은 에너지 상태가 되어 상대전극으로 이동한다. 그 후, 감광성 염료는 금속산화물에 전달한 전자수 만큼 전해질 용액(40)으로부터 전자를 공급받아 원래의 상태로 돌아가게 되는데, 이때 사용되는 전해질은 산화-환원 반응에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 감광성 염료에 전달하는 역할을 한다.In the dye-sensitized solar cell, when the sunlight is incident, the photosensitive dye absorbing the sunlight is in an excited state to send electrons to the conduction band of the metal oxide. The conducted electrons move to the electrode and flow to the external circuit to transfer the electric energy, and as low as the electric energy is transferred, the electrons move to the counter electrode. Thereafter, the photosensitive dye is supplied with electrons from the electrolyte solution 40 as much as the number of electrons transferred to the metal oxide, and returns to its original state. In this case, the electrolyte used receives the electrons from the counter electrode by a redox reaction and the photosensitive dye. It serves to convey.

광범위한 파장 영역의 빛을 흡수하기 위해서 흡수 파장 영역이 넓은 단일 염료를 개발하거나 둘 이상의 나노 입자 층을 적층하여 흡수 파장이 다른 염료를 흡착시키는 구조를 이용한다. 특히, 후자의 경우 도 3과 같이 광범위한 파장 영역의 빛을 흡수할 수 있는 장점이 있으므로, 기 개발된 다양한 흡수 파장 영역을 가지는 염료를 이용하여 염료 감응 태양전지의 흡수 파장 영역을 제어할 수 있으며, 나아가 효율 향상에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만, 금속산화물 나노 입자층이 전자 전달을 가능하게 하기 위해서는 고온 소결과정을 거쳐야 하는데, 염료는 고온에서는 쉽게 파괴되므로 한 번 염료 흡착과정을 거치고 나면 추가적인 금속산화물 나노 입자 층의 소결과정을 거칠 수 없다. 이 때문에 지금까지 거의 대부분의 염료 감응 태양전지는 한 종류의 염료만 사용하거나 둘 이상의 염료를 단순 혼합하여 사용하였다. 또한, 도 1b와 같이, 서로 다른 파장 영역의 빛을 흡수하는 염료를 포함하는 둘 이상의 개별전지를 적층하여 효율상승을 꾀하고자 하였다. 그러나, 상기 방법은 광흡수층 사이에 두 장의 전도성 기판이 놓여 염료감응형 전지의 장점인 투명성을 저해할 뿐 아니라, 후방 광흡수층까지 도달하는 빛의 양을 감소시키는 문제가 발생한다. 또한, 이러한 구조는 두 개의 개별 전지를 적층했다는 점에서 단일 전지에 의한 효율이라고 보기 힘들다.In order to absorb light in a wide range of wavelengths, a single dye having a wide absorption wavelength range is developed or two or more nanoparticle layers are stacked to adsorb dyes having different absorption wavelengths. In particular, since the latter has the advantage of absorbing light in a wide range of wavelengths, as shown in Figure 3, it is possible to control the absorption wavelength range of the dye-sensitized solar cell using a dye having a variety of absorption wavelengths previously developed, Furthermore, it is expected that it can make a big contribution to improving efficiency. However, the metal oxide nanoparticle layer must undergo a high temperature sintering process in order to enable electron transfer. Since the dye is easily destroyed at a high temperature, once the dye adsorption process is performed, the additional metal oxide nanoparticle layer cannot be sintered. For this reason, until now, almost all dye-sensitized solar cells use only one type of dye or simply mix two or more dyes. In addition, as shown in FIG. 1B, two or more individual cells including dyes absorbing light in different wavelength ranges are stacked to increase efficiency. However, the method has a problem in that two conductive substrates are placed between the light absorbing layers, which not only impairs transparency, which is an advantage of the dye-sensitized battery, but also reduces the amount of light reaching the rear light absorbing layer. In addition, such a structure is hardly considered to be the efficiency of a single cell in that two individual cells are stacked.

또한, 이러한 문제를 해결하고자 본 출원인은 대한민국 특허공개 제2009-91870호와 같이, 서로 다른 파장 영역의 빛을 흡수하는 염료를 적층하는 기술을 개발하여 염료감응 태양전지가 광범위한 파장 영역의 빛을 흡수하여 높은 광전류를 생성할 수 있도록 하였다. 하지만, 상기 방법은 적층공정에서 기공을 막기 위한 고분자 형성-제거 공정 및 수용액을 사용하는 공정과 같은 태양전지의 광전특성을 떨어뜨리는 공정이 포함되어 있어, 궁극적인 목적인 고효율의 염료감응 태양전지를 구현하는데 어려움이 있다.
In addition, in order to solve this problem, the applicant has developed a technique for stacking dyes absorbing light in different wavelength regions, such as Korean Patent Publication No. 2009-91870, so that a dye-sensitized solar cell absorbs light in a wide range of wavelength regions. To generate a high photocurrent. However, the method includes a process of reducing the photoelectric characteristics of the solar cell, such as a polymer formation-removal process to prevent pores in the lamination process and a process using an aqueous solution, thereby realizing a highly efficient dye-sensitized solar cell which is the ultimate purpose. There is a difficulty.

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 고효율을 나타내면서 염료의 탈착공정을 간소화하고, 고분자의 제거공정을 생략할 수 있어서 전체 공정을 간소화할 수 있는, 다중 적층 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to simplify the desorption process of the dye while showing high efficiency, and to eliminate the process of removing the polymer, which can simplify the whole process of the multi-layered dye-sensitized solar cell To provide a manufacturing method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 염료감응 태양전지의 제조방법에 의해 제조된 넓은 파장영역에서 빛을 고르게 흡수하고 광전특성이 우수한 고효율의 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a highly efficient dye-sensitized solar cell which absorbs light evenly in a wide wavelength region manufactured by the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell and has excellent photoelectric characteristics.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention

블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 금속산화물 나노입자층과 그 위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계;Forming a metal oxide nanoparticle layer and a light scattering layer on one surface of the transparent conductive substrate on which the blocking layer is formed, and then performing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) treatment;

상기 투명 전도성 기판에 형성된 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계;Adsorbing a primary dye on the metal oxide nanoparticle layer formed on the transparent conductive substrate;

점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 1차 염료만을 탈착시키는 단계;Desorbing only the primary dye of the portion located above in the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed using a viscous basic desorbent;

상기 탈착 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 금속산화물 나노입자층과 그 위에 광산란층을 갖는 광전극을 제조하는 단계;Adsorbing a secondary dye having a different wavelength from the primary dye to the desorption site to prepare a metal oxide nanoparticle layer having a dye layer having a stacked structure having a different wavelength and a photoelectrode having a light scattering layer thereon;

투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및Manufacturing a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate; And

상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계Disposing the photoelectrode and the counter electrode and filling an electrolyte

를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a.

또한, 본 발명은 블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 서로 같거나 다른 종류의 2층 이상의 적층구조의 금속산화물 나노입자층을 형성하고, 그 위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계;In addition, the present invention forms a metal oxide nanoparticle layer having a laminated structure of two or more layers of the same or different type on one surface of a transparent conductive substrate on which a blocking layer is formed, and after forming a light scattering layer thereon, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) treatment Proceeding with;

상기 투명 전도성 기판에 형성된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계;Adsorbing a primary dye onto at least two metal oxide nanoparticle layers formed on the transparent conductive substrate;

점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층의 1차 염료만을 탈착시키는 단계;Desorbing only the primary dye of at least one or more layers of the metal oxide nanoparticle layer of the upper portion of the two or more layers of the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed using a viscous basic desorbent;

상기 탈착 부위에 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 흡수파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 2층 이상의 금속산화물 나노입자층과 그 위에 광산란층을 갖는, 광전극을 제조하는 단계;Adsorbing a secondary dye on the desorption site to produce a photoelectrode having two or more metal oxide nanoparticle layers having a dye layer having a stacked structure having different absorption wavelengths and a light scattering layer thereon;

투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및Manufacturing a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate; And

상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계Disposing the photoelectrode and the counter electrode and filling an electrolyte

를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a.

또한, 상기 본 발명의 방법은, 상기 탈착과정과 염료의 재흡착 과정을 반복하여 광산란층 하부에 형성된 금속산화물 나노입자층 부분에 3가지 이상의 염료를 적층할 수 있다.In addition, the method of the present invention, by repeating the desorption process and the resorption process of the dye may be laminated three or more dyes on the metal oxide nanoparticle layer formed on the light scattering layer.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되고,In addition, the present invention is produced by the above method,

투명 전도성 기판 위에 형성되며, 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 및 광산란층을 포함하는 광전극,A photoelectrode formed on the transparent conductive substrate and including a metal oxide nanoparticle layer and a light scattering layer to which dye is adsorbed,

상기 광전극에 대향 배치되며, 투명 전도성 기판 위에 형성된 백금층을 포함하는 상대전극, 및A counter electrode disposed opposite the photoelectrode and including a platinum layer formed on a transparent conductive substrate;

상기 광전극과 상대전극 사이를 충진하는 전해질을 포함하며,An electrolyte filling between the photoelectrode and the counter electrode,

상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은, 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 각각 흡착된 2 이상의 적층 구조의 염료층을 포함하는, 다중 적층 염료를 갖는 염료감응 태양전지를 제공한다.The dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer provides a dye-sensitized solar cell having a multi-layered dye, including a dye layer having two or more stacked structures in which two or more dyes having different wavelengths are respectively adsorbed.

이때, 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은At this time, the dye oxide metal oxide nanoparticle layer is adsorbed

한 층으로 형성된 금속산화물 나노입자층에서 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 적층구조로 흡착되어 있거나, 또는In the metal oxide nanoparticle layer formed of one layer, two or more dyes having different wavelengths are adsorbed in a stacked structure, or

2층 이상으로 형성된 금속산화물 나노입자층에서 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 각층에 별도로 흡착되어 층상의 염료층을 가질 수 있다.
In the metal oxide nanoparticle layer formed of two or more layers, two or more dyes having different wavelengths may be separately adsorbed to each layer to have a layered dye layer.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 출원인이 개발한 대한민국 특허공개 제2009-91870호의 경우, 다중 적층 염료를 갖는 염료감응 태양전지를 제공하긴 하나, 상기 방법은 사용된 1차 염료를 탈착하는 과정에서 폴리머 코팅을 하여 고분자 물질을 생성하고 제거하는 과정을 수행하는데, 이때 쓰이는 고분자와 유기용매가 태양전지 특성에 좋지 않은 영향을 미쳤다. 또한 상기 방법은 고분자를 열중합하는 과정에서 유기염료의 열화현상이 발생할 수 있으며, 복잡한 공정으로 인해 대면적 모듈에 적용하는 것이 힘들다.Korean Patent Publication No. 2009-91870 developed by the present applicant provides a dye-sensitized solar cell having a multi-layered dye, but the method produces a polymer material by polymer coating in a process of desorbing the primary dye used. In this case, the polymer and the organic solvent used have a bad effect on the characteristics of the solar cell. In addition, the method may cause deterioration of organic dyes in the process of thermal polymerization of the polymer, it is difficult to apply to a large area module due to a complex process.

이렇게 기존의 다중 적층 염료감응 태양전지는 금속산화물 나노 입자의 기공을 조절하여 염료를 선택적으로 탈착하기 위해 폴리머 코팅을 하였는데, 이 공정은 과정이 복잡하고 태양전지의 성능에 좋지 않은 영향을 미쳤다.Thus, the conventional multi-layered dye-sensitized solar cell has a polymer coating to selectively desorb the dye by controlling the pores of the metal oxide nanoparticles, this process was complicated and adversely affected the performance of the solar cell.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 방법을 제공하며, 상기 대한민국 특허공개 제2009-91870호의 개량발명을 제공하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 고효율을 나타내는 동시에, 상기 탈착공정을 간소화하고 열중합 과정 및 수용액을 사용하는 탈착과정을 제거하여 전체 공정을 간소화하고 단순화할 수 있는, 다중 적층 염료감응 태양전지의 제조방법과 이로부터 제조된 염료감응 태양전지를 제공하는 특징이 있다.Accordingly, the present invention provides a method for solving the above problems, and to provide an improved invention of the Republic of Korea Patent Publication No. 2009-91870. In other words, the present invention shows a high efficiency, while simplifying the desorption process and eliminating the desorption process using a thermal polymerization process and an aqueous solution to simplify and simplify the overall process, and a method for manufacturing a multi-layered dye-sensitized solar cell It is characterized by providing a dye-sensitized solar cell manufactured from.

이러한 본 발명은 전도성 기판 위에 금속산화물 나노입자층을 형성하여 특정 파장 영역의 흡수 능력을 갖는 1차 염료를 흡착시킨 후, 별도의 폴리머 코팅 없이 점성이 있는 염기성 용액으로 상부층을 원하는 두께만큼 탈착시킨 후, 다른 파장대를 흡수할 수 있는 2차 염료를 재흡착시키는 방법을 이용한 다중 적층형 염료 감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention forms a metal oxide nanoparticle layer on a conductive substrate to adsorb a primary dye having an absorption capability of a specific wavelength region, and then desorbs the upper layer to a desired thickness with a viscous basic solution without a separate polymer coating. The present invention relates to a multi-layered dye-sensitized solar cell using a method of resorbing a secondary dye capable of absorbing different wavelength bands, and a method of manufacturing the same.

특히, 본 발명에서는 염료흡착 전에 금속산화물 나노입자층의 사염화티타늄(TiCl4) 후처리를 통해서 광흡수층의 금속산화물 나노입자의 기공의 평균 크기를 약 10% 정도 줄이고, 염료 탈착 용액의 염기성 물질의 분자량을 늘림으로써, 고분자 코팅을 하지 않고도 점성이 있는 탈착 용액만으로 염료를 선택적으로 탈착할 수 있도록 하였다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법은 고분자 코팅 및 제거 공정이 없어지므로, 고분자의 열중합 과정이 없어지고 불필요한 유기용매 사용으로 인한 태양전지의 광전특성이 저해되는 원인을 제거할 수 있다. 이때, 상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 20℃ 내지는 80℃에서 0.02 내지 0.2 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 20시간까지 침지하여 진행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 50℃ 내지는 80℃에서 0.03 내지 0.06 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 1시간까지 침지하도록 한다. 상기 점성이 있는 염기성 탈착액은 20cp 내지 1500cp의 점도를 가진다.In particular, the present invention reduces the average size of the pores of the metal oxide nanoparticles of the light absorption layer by about 10% through post-treatment of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) of the metal oxide nanoparticle layer before dye adsorption, the molecular weight of the basic material of the dye desorption solution By increasing, the dye was selectively desorbed only with a viscous desorption solution without a polymer coating. Therefore, the method according to the present invention can eliminate the coating and removal process of the polymer, it is possible to eliminate the cause of the thermal polymerization process of the polymer and the photoelectric characteristics of the solar cell is impaired due to the use of unnecessary organic solvent. In this case, the TiCl 4 treatment method may be performed by immersing the substrate on which the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed in a TiCl 4 aqueous solution having a concentration of 0.02 to 0.2 mol at 20 ° C. to 80 ° C. for 20 minutes to 20 hours. Preferably, the TiCl 4 treatment method is to immerse the substrate on which the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed in a TiCl 4 aqueous solution of 0.03 to 0.06 molar concentration at 50 ℃ to 80 ℃ for 20 minutes to 1 hour. The viscous basic desorbent has a viscosity of 20 cps to 1500 cps.

또한, 본 발명은 염기성 탈착 용액으로 기존의 수산화나트륨 (NaOH) 수용액 대신 분자량이 큰 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 용액을 사용함으로써, 이전에 사용하였던 고분자 형성-제거과정을 삭제할 수 있다.
In addition, the present invention can eliminate the polymer formation-removal process previously used by using a large molecular weight tetrabutylammonium hydroxide solution instead of the conventional sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution as the basic desorption solution.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 적층 염료를 갖는 염료감응 태양전지에 대하여, 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention and a dye-sensitized solar cell having a multi-layered dye prepared therefrom will be described in detail with reference to the drawings.

먼저, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은, First, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell according to the first embodiment of the present invention,

블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 금속산화물 나노입자층과 그 위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계;Forming a metal oxide nanoparticle layer and a light scattering layer on one surface of the transparent conductive substrate on which the blocking layer is formed, and then performing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) treatment;

상기 투명 전도성 기판에 형성된 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계;Adsorbing a primary dye on the metal oxide nanoparticle layer formed on the transparent conductive substrate;

점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 금속산화물 나노입자층의 1차 염료만을 탈착시키는 단계;Desorbing only the primary dye of the metal oxide nanoparticle layer of the upper portion of the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed using a viscous basic desorbent;

상기 탈착 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의염료층을 가지는 금속산화물 나노입자층 및 그 위에 광산란층을 갖는, 광전극을 제조하는 단계;Preparing a photoelectrode having a metal oxide nanoparticle layer having a dye layer having a laminated structure having a different wavelength and a light scattering layer thereon by adsorbing a secondary dye having a different wavelength from the primary dye at the desorption site;

투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및Manufacturing a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate; And

상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계를 포함할 수 있다.And opposing the photoelectrode and the counter electrode and filling the electrolyte.

또한, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은,In addition, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell according to a second embodiment of the present invention,

블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 서로 같거나 다른 종류의 2층 이상의 적층구조의 금속산화물 나노입자층을 형성하고, 그 위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계;Forming a metal oxide nanoparticle layer having a laminated structure of two or more layers of the same or different type on one surface of the transparent conductive substrate on which the blocking layer is formed, forming a light scattering layer thereon, and then performing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) treatment;

상기 투명 전도성 기판에 형성된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계;Adsorbing a primary dye onto at least two metal oxide nanoparticle layers formed on the transparent conductive substrate;

점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층의 1차 염료만을 탈착시키는 단계;Desorbing only the primary dye of at least one or more layers of the metal oxide nanoparticle layer of the upper portion of the two or more layers of the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed using a viscous basic desorbent;

상기 탈착 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 및 그 위에 형성된 광산란층을 갖는 광전극을 제조하는 단계;By adsorbing a secondary dye having a different wavelength from the primary dye to the desorption site, to prepare a photoelectrode having two or more metal oxide nanoparticle layer having a dye layer of a laminated structure having a different wavelength and a light scattering layer formed thereon Making;

투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및Manufacturing a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate; And

상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계를 포함할 수 있다.And opposing the photoelectrode and the counter electrode and filling the electrolyte.

또한, 본 발명의 상기 제1실시예 및 제2실시예에 따른 방법은 상기 광전극을 제조하는 단계에서, 금속산화물 나노입자층이 서로 다른 파장을 갖는 2이상의 적층구조의 염료층을 가지도록, 탈착과정과 염료의 재흡착하는 과정을 반복할 수 있다.In addition, the method according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention in the step of manufacturing the photoelectrode, so that the metal oxide nanoparticle layer has a dye layer of two or more laminated structure having a different wavelength, desorption The process and the process of resorbing the dye can be repeated.

예를 들면, 제1실시예의 경우 상기 2차 염료를 흡착한 후, 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여 2차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 금속산화물 나노입자층의 2차 염료만을 탈착하고, 상기 광전극 제조시 사용된 1차 및 2차 염료와 파장이 다른 추가 염료를 상기 2차 염료의 탈착 부위에 흡착하여 염료층을 더 형성하는 단계를 1회 이상 반복 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 추가 염료는 3차 염료, 4차 염료 등이 될 수 있으며, 필요에 따라 원하는 형태를 구현할 수 있다. 이로써, 본 발명에서는 다중 적층구조의 염료층을 가지는 염료감응 태양전지를 제공할 수 있다.For example, in the first embodiment, after adsorbing the secondary dye, the metal oxide nanoparticle layer of the upper portion of the metal oxide nanoparticle layer in which the secondary dye is adsorbed using a viscous basic desorbent is used. Desorption of only the secondary dye, and the step of adsorbing additional dyes having a different wavelength from the primary and secondary dyes used in the photoelectrode to the desorption site of the secondary dye to further form a dye layer at least once It may further comprise the step. Therefore, the additional dye may be a tertiary dye, a quaternary dye, or the like, and may implement a desired form as necessary. Thus, the present invention can provide a dye-sensitized solar cell having a dye layer of a multi-layered structure.

또한, 제2실시예의 경우도 추가 과정이 동등하며, 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 2차 염료가 흡착된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층의 2차 염료만을 탈착시키고, 상기 광전극 제조시 사용된 1차 및 2차 염료와 파장이 다른 3차 염료를 상기 2차 염료의 탈착 부위에 흡착하여 염료층을 더 형성하는 단계를 1회 이상 반복 수행하는 것을 추가로 포함할 수 있다.In addition, in the case of the second embodiment, the additional procedure is the same, and using at least one layer of the two or more layers of the metal oxide nanoparticle layer on which the secondary dye is adsorbed, using a viscous basic desorbent, Desorbing only the secondary dye of the metal oxide nanoparticle layer, and adsorbing a third dye having a wavelength different from that of the primary and secondary dyes used in manufacturing the photoelectrode to the desorption site of the secondary dye to further form a dye layer. It may further comprise repeating one or more times.

이때, 상기 제2 실시예에 따른 방법에서, 염기성 탈착액을 이용하여 염료를 탈착시키는 과정에 탈착부위 선정은 필요에 따라 조절할 수 있다. 또한 본 발명에서 언급하는, "상기 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층"은 2층 이상의 금속산화물 나노입자층에 염료가 흡착된 형태에서, 투명 전도성 기판에 접하는 면에 제일 먼저 형성된 금속산화물 나노입자층의 상부 부분을 의미하는 것이다. 따라서, 제2 실시예에 따른 방법을 사용할 경우, 만일 상기 금속산화물 나노입자층이 2층으로 형성되는 경우라면, 상기 "상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층"은 투명 전도성 기판 위에 바로 접하는 제1 금속산화물 나노입자층 위의 제2 금속산화물 나노입자층을 나타낸다. 따라서, 이러한 경우의 염료의 탈착 부위는 상기 제2 금속산화물 나노입자층이 될 수 있다. 또한, 금속산화물 나노입자층이 3층 이상이 될 경우에는 2종 이상의 염료가 사용되므로, 염료의 탈착 부위는 제2 금속산화물 나노입자층, 제3 금속산화물 나노입자층 또는 이들의 혼합층이 될 수 있다. 따라서, 상기 다층의 금속산화물 나노입자층이 적층될 경우, 염료의 탈착 부위는 금속산화물 나노입자층의 적층되는 순서에 의해 정해질 수 있다.
At this time, in the method according to the second embodiment, the selection of the desorption site in the process of desorbing the dye using the basic desorption liquid can be adjusted as necessary. In addition, in the present invention, "at least one layer of the metal oxide nanoparticle layer of the upper portion is located in the form of the dye adsorbed on the two or more metal oxide nanoparticle layer, first formed on the surface in contact with the transparent conductive substrate It means the upper portion of the metal oxide nanoparticle layer. Thus, when using the method according to the second embodiment, if the metal oxide nanoparticle layer is formed of two layers, the "at least one layer of the metal oxide nanoparticle layer of the upper portion located" is on the transparent conductive substrate A second metal oxide nanoparticle layer on the first metal oxide nanoparticle layer directly contacted is shown. Therefore, the desorption site of the dye in this case may be the second metal oxide nanoparticle layer. In addition, when two or more dyes are used when the metal oxide nanoparticle layer is three or more layers, the desorption site of the dye may be a second metal oxide nanoparticle layer, a third metal oxide nanoparticle layer, or a mixed layer thereof. Therefore, when the multilayer metal oxide nanoparticle layer is stacked, the desorption site of the dye may be determined by the stacking order of the metal oxide nanoparticle layer.

도 2a는 상기 제조방법 중, 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 적층 염료를 갖는 염료 감응 태양 전지의 제조 과정을 나타낸 것이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지는 (a) 일반 전도성 투명 전도성 기판(10) 위에 금속 산화물 전구체나 나노 입자 등을 블록킹 층(20)으로 도포한 후 열처리한다. (b) 블록킹 층위에 평균입경이 1nm 내지 80nm인 금속산화물 나노입자, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 금속 산화물 나노입자 페이스트를 도포하고 열처리하여 광흡수층으로 사용하기 위한 금속산화물 나노입자층을 형성한다. 이어서, (c) 평균입경이 100nm 내지 2000nm인 금속산화물 나노입자, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 페이스트를 상기 (c)에서 형성된 금속산화물 나노입자층 위에 도포하고 열처리하여 광산란층을 형성한다. 이후, (d) 소결된 금속산화물 나노입자 층에만 1차 염료 물질(31a)을 흡착시킨다. 그리고, (e) 염기성 용액으로 금속산화물 나노입자층의 상부에 존재하는 염료만 탈착되도록 유도한다. 이러한 과정에 의해서, 염료가 흡착되지 않은 금속산화물(31c)이 존재하게 된다. 이어서, (f) 상기 염료가 흡착되지 않은 금속산화물(31c)이 존재하는 금속산화물 나노입자층 상부의 염료가 탈착된 부위만 다른 종류의 2차 염료물질(31b)로 흡착시켜 적층구조의 이중 염료로 구성된 금속산화물 나노입자를 포함하는 광흡수층(30)을 포함하는 광전극의 구조를 제공할 수 있다. 그리고, 이 과정을 반복함으로써, 본 발명은 단일 나노 입자층 내에 이중층 뿐만 아니라 삼중, 사중 이상의 다중 염료층을 포함하는 구조의 형성이 가능하다.Figure 2a shows the manufacturing process of the dye-sensitized solar cell having a multi-layered dye according to the first embodiment of the present invention. As shown in Figure 2a, the solar cell of the present invention (a) a general conductive transparent conductive substrate 10, the metal oxide precursor or nanoparticles and the like applied as a blocking layer 20 and then heat-treated. (b) A metal oxide nanoparticle paste including metal oxide nanoparticles having an average particle diameter of 1 nm to 80 nm, a binder resin, and a solvent is coated on the blocking layer and heat treated to form a metal oxide nanoparticle layer for use as a light absorption layer. Subsequently, (c) a paste including metal oxide nanoparticles having a mean particle size of 100 nm to 2000 nm, a binder resin, and a solvent is applied onto the metal oxide nanoparticle layer formed in (c) and heat treated to form a light scattering layer. Thereafter, (d) the primary dye material 31a is adsorbed only on the sintered metal oxide nanoparticle layer. And, (e) the basic solution is induced to desorb only the dye present on top of the metal oxide nanoparticle layer. By this process, the metal oxide 31c to which the dye is not adsorbed is present. Subsequently, (f) only the portion where the dye is desorbed on the upper portion of the metal oxide nanoparticle layer in which the metal oxide 31c is not adsorbed is adsorbed with a different type of secondary dye material 31b to form a dual dye of a stacked structure. The structure of the photoelectrode including the light absorption layer 30 including the configured metal oxide nanoparticles may be provided. In addition, by repeating this process, the present invention enables the formation of a structure including not only a double layer but also triple, quadruple or more multiple dye layers in a single nanoparticle layer.

이때, 상기 금속산화물 나노입자층을 형성하기 위한, 금속산화물 나노입자 페이스트는 금속산화물 나노입자를 용매와 혼합하여 금속산화물이 분산된 점도 5×104 내지 5×105 cps의 콜로이드 용액을 제조한 후, 여기에 바인더 수지를 혼합한 후, 증류기(Rotor Evaporator)로 40 - 70℃에서 30분 - 1시간 동안 용매를 제거하여 제조한다. 상기 금속산화물 나노입자는 수열합성으로 제조되었거나, 상용의 금속산화물 나노입자를 사용하여 제조할 수 있다. 또한, 금속산화물 나노입자, 바인더 수지 및 용매의 혼합비율은 크게 한정되지는 않으며, 바람직한 예를 들면 금속산화물 : 터피놀(Terpineol) : 에틸셀룰로오스: 라우르산(Lauric acid)을 1 : 2 내지 6: 0.2 내지 0.5: 0 내지 0.3의 중량비율로 혼합하여 사용할 수 있다.In this case, the metal oxide nanoparticle paste for forming the metal oxide nanoparticle layer is prepared by mixing the metal oxide nanoparticles with a solvent to prepare a colloidal solution of the viscosity of the metal oxide dispersed 5 × 10 4 to 5 × 10 5 cps After mixing the binder resin, it is prepared by removing the solvent for 30 minutes-1 hour at 40-70 ℃ with a Rotor Evaporator. The metal oxide nanoparticles may be prepared by hydrothermal synthesis, or may be prepared using commercially available metal oxide nanoparticles. In addition, the mixing ratio of the metal oxide nanoparticles, the binder resin, and the solvent is not particularly limited. For example, the metal oxide: Terpineol: ethyl cellulose: lauric acid is 1: 2 to 6 : 0.2 to 0.5: can be used by mixing in a weight ratio of 0 to 0.3.

또한, 본 발명에서 광산란층의 형성은 에너지 변환효율을 높이기 위한 것이며, 상기 광산란층을 형성하기 위한 금속산화물 나노입자 페이스트는 그 제조방법이 특별히 한정되지 않고, 상기와 동일한 방법을 사용하여 제조할 수 있다.In addition, in the present invention, the light scattering layer is formed to increase energy conversion efficiency, and the metal oxide nanoparticle paste for forming the light scattering layer is not particularly limited in its manufacturing method, and may be manufactured using the same method as described above. have.

상기 광전극의 광흡수층과 광산란층에 사용될 수 있는 금속산화물 나노입자는 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, 및 Ga로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물 또는 이들의 복합 산화물이 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 광전극의 광흡수층인 금속산화물 나노입자층 및 광산란층은 각각 타이타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 징크(Zn)산화물, 인듐(In)산화물, 란타넘(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브데넘(Mo)산화물, 텅스텐(W)산화물, 틴(Sn)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트늄(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 및 스트론튬타이타늄(SrTi)산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 광전극의 광흡수층인 금속산화물 나노입자층 및 광산란층은 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 주석산화물(SnO2) 및 텅스텐 산화물(WO3)로 이루어진 군에서 선택하여 사용될 수 있다. Metal oxide nanoparticles that can be used in the light absorption layer and the light scattering layer of the photoelectrode are Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Any metal oxide selected from the group consisting of Sm and Ga, or a composite oxide thereof may be used. Preferably, the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer, which are light absorption layers of the photoelectrode, include titanium (Ti) oxide, zirconium (Zr) oxide, strontium (Sr) oxide, zinc (Zn) oxide, indium (In) oxide, and lanta, respectively. La oxide, vanadium (V) oxide, molybdenum (Mo) oxide, tungsten (W) oxide, tin (Sn) oxide, niobium (Nb) oxide, magnesium (Mg) oxide, aluminum (Al) oxide It may include one or more materials selected from the group consisting of yttnium (Y) oxide, scandium (Sc) oxide, samarium (Sm) oxide, gallium (Ga) oxide, and strontium titanium (SrTi) oxide. More preferably, the light absorption layer of the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer of the photoelectrode in the group consisting of titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ) and tungsten oxide (WO 3 ). Can be used to select.

상기 광흡수층으로 사용되는 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 경우, 금속산화물의 나노입자 크기는 평균입경이 1 nm 내지 80 nm 인 것이 좋다. 또한 광산란층에 쓰이는 금속산화물 나노입자의 평균입경은 100nm 내지는 2000nm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200nm 내지는 600nm인 것이 좋다.In the case of the metal oxide nanoparticle layer in which the dye used as the light absorption layer is adsorbed, the nanoparticle size of the metal oxide is preferably 1 nm to 80 nm in average particle diameter. In addition, the average particle diameter of the metal oxide nanoparticles used in the light scattering layer is preferably 100 nm to 2000 nm, more preferably 200 nm to 600 nm.

상기 바인더 수지의 종류는 특별히 한정되지는 않으며, 통상의 바인더 역할을 하는 고분자를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 열처리 후 유기물이 잔존하지 않는 고분자를 선택해야 한다. 적합한 고분자로는 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리 비닐 알콜(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 에틸셀룰로오스 등이 있다. 그리고 제조된 페이스트를 더욱 고르게 분산하기 위하여 3개의 세라믹 롤이 톱니바퀴와 같이 도는 3롤 분쇄기에 페이스트를 투입하여 후처리 함으로써 한 번 더 분산시킬 수 있다.The kind of the binder resin is not particularly limited, and polymers serving as ordinary binders may be used. Preferably, a polymer should be selected in which organic matter does not remain after heat treatment. Suitable polymers include polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), ethylcellulose and the like. In order to more evenly disperse the prepared paste, the three ceramic rolls may be dispersed once more by adding the paste to a three-roll grinder turning like a cog wheel and post-processing.

상기 용매는 콜로이드 용액의 제조에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않게 사용할 수 있고, 예를 들면 에탄올, 메탄올, 터피네올(terpineol), 라우르산(Lauric Acid), THF, 물 등이 있다.The solvent may be used without particular limitation as long as it is used in the preparation of the colloidal solution. Examples of the solvent include ethanol, methanol, terpineol, lauric acid, THF, and water.

본 발명에 있어서, 금속산화물 나노입자 페이스트 조성의 일례를 들면, 산화티타늄, 터피네올, 에틸셀룰로오스 및 라우르산을 포함하는 조성 또는 산화티타늄, 에탄올 및 에틸셀룰로오스의 조성일 수 있다.In the present invention, an example of the metal oxide nanoparticle paste composition may be a composition containing titanium oxide, terpineol, ethyl cellulose and lauric acid or a composition of titanium oxide, ethanol and ethyl cellulose.

또한 본 발명에서 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층과 광산란층을 합한 두께는 5μm 내지 60μm 일 수 있다. 또한 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 두께는 2μm 내지 50μm 일 수 있고, 상기 광산란층의 두께는 2μm 내지 10μm 일 수 있다.In addition, in the present invention, the thickness of the dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer may be 5 μm to 60 μm. In addition, the thickness of the dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer may be 2μm to 50μm, the thickness of the light scattering layer may be 2μm to 10μm.

또한, 상기 블록킹층(20)은 투명 전도성 기판 위에 금속산화물 전구체나 나노입자 용액을 스핀 코팅한 후 공기 중 또는 산소 중에서 450 내지 500 ℃의 고온에서 10분 이상 열처리하여 형성하는 것이 바람직하다. 금속산화물 나노입자층(32)은 블록킹 층위에 상기에서 제작된 금속산화물 나노입자 페이스트를 도포한 후 공기 중 또는 산소 중에서 400 내지 550℃에서 10 내지 120분 동안, 바람직하게 450 내지 500℃의 고온에서 약 30분간 열처리를 실시하여 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the blocking layer 20 is preferably formed by spin-coating a metal oxide precursor or a nanoparticle solution on a transparent conductive substrate, followed by heat treatment at least at a high temperature of 450 to 500 ° C. in air or oxygen for 10 minutes. The metal oxide nanoparticle layer 32 is applied to the metal oxide nanoparticle paste prepared above on the blocking layer and then in air or oxygen for 10 to 120 minutes at 400 to 550 ° C., preferably at a high temperature of 450 to 500 ° C. It is preferable to form by heat-processing for 30 minutes.

또한 본 발명에서는 상기 광전극에 형성된 금속산화물 나노입자층에 광전하 생성을 하기 위해 염료물질(31a, 31b)을 흡착시킨다.In addition, in the present invention, the dye substances 31a and 31b are adsorbed to generate photocharges on the metal oxide nanoparticle layer formed on the photoelectrode.

상기 1차 염료물질(31a)은 가시광선 및 적외선, 자외선을 흡수할 수 있는 물질을 포함하는 것이 바람직하며, 예를 들면 통상의 금속 착화합물, 무기 염료 및 유기 염료 등이 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 염료물질은 루테늄(Ru) 착화합물 염료인 N719 (bis(tetrabutylammonium)-cis-(dithiocyanato)-N,N'-bis(4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine)ruthenium(II)), N749 ((4,4',4''-tricarboxy-2,2':6',2'-terpyridine)ruthenium(II)), 무기염료인 CdSe, 유기 염료인 P5 등을 사용할 수 있다. 염료의 흡착 방법은, 일반적인 염료 감응 태양전지에서 사용되는 방법이 이용될 수 있고, 예를 들면 염료를 포함하는 분산액에 금속산화물 나노입자가 형성된 광전극을 침지시킨 후, 적정 온도에서 흡착시키는 방법을 이용할 수 있다. 상기 염료를 분산시키는 용매는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 아세토나이트릴, 디클로로메탄 또는 알코올계 용매 등을 사용할 수 있다. 상기 염료를 흡착시킨 후에는, 용매 세척 등의 방법으로 흡착되지 않은 염료를 세척하는 과정을 포함할 수 있다.The primary dye material 31a preferably includes a material capable of absorbing visible light, infrared light, and ultraviolet light. For example, conventional metal complexes, inorganic dyes, organic dyes, and the like may be used. Preferably, the dye material is ruthenium (Ru) complex dye N719 (bis (tetrabutylammonium) -cis- (dithiocyanato) -N, N'-bis (4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine) ) ruthenium (II)), N749 ((4,4 ', 4' '-tricarboxy-2,2': 6 ', 2'-terpyridine) ruthenium (II)), CdSe as inorganic dye, P5 as organic dye Can be used. As a dye adsorption method, a method used in a general dye-sensitized solar cell may be used. For example, a method of immersing a photoelectrode in which metal oxide nanoparticles are formed in a dispersion containing a dye and then adsorbing at an appropriate temperature may be employed. It is available. The solvent for dispersing the dye is not particularly limited, but preferably acetonitrile, dichloromethane or an alcohol solvent may be used. After adsorbing the dye, the method may include washing the dye that is not adsorbed by a solvent washing method.

이후, 상기 기재된 바와 같이, 본 발명은 점성이 있는 염기성 탈착 용액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 중에서 상기 1차 염료가 흡착된 부분의 상부쪽에 위치하는 부분의 1차 염료만을 탈착시킨다.Then, as described above, the present invention is a primary dye of the portion located on the upper side of the portion of the first dye is adsorbed in the metal oxide nanoparticle layer adsorbed using a viscous basic desorption solution Detach the bay.

탈착을 위한 염기성 용액에 기본적으로 포함되는 성분은 매우 다양하며, 그 종류가 특별히 제한하지는 않는다. 예를 들면, 염기성 용액은 수산화 나트륨, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 등 염기성 화합물을 물, 유기용매 또는 고분자혼합 용액에 녹인 용액이 사용할 수 있다.The components basically included in the basic solution for desorption vary widely, and the kind thereof is not particularly limited. For example, the basic solution may be a solution in which basic compounds such as sodium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide are dissolved in water, an organic solvent or a polymer mixture solution.

하지만, 이미 흡착되어 있는 1차 염료 및 산화물의 손상을 최소화하기 위해서 물보다는 에탄올 등의 유기용매를 사용한 염기성 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 탈착하는 두께를 효과적으로 제어하기 위해서는, 수산화 나트륨과 같은 저분자물질보다는 분자량이 큰 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 탈착 정도를 조절하기 위해, 탈착 횟수, 탈착액의 노출 시간, 탈착 물질의 종류 등을 조절할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 염기성 탈착 용액에 점성을 부여하기 위해서 특정의 점성 고분자를 사용한다.However, it is preferable to use a basic solution using an organic solvent such as ethanol rather than water in order to minimize the damage of the primary dyes and oxides that are already adsorbed. In addition, in order to effectively control the thickness of desorption, it is preferable to use tetrabutylammonium hydroxide or the like having a higher molecular weight than a low molecular material such as sodium hydroxide. In addition, in the present invention, in order to control the degree of desorption, the number of desorption, the exposure time of the desorption liquid, the type of desorption material, etc. can be adjusted. In particular, in the present invention, a specific viscous polymer is used to impart viscosity to the basic desorption solution.

따라서, 본 발명에서 사용하는 상기 점성이 있는 염기성 탈착액은 물 또는 에탄올의 수용성 용매, 바람직하게 에탄올에 녹인 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 수용액과 점성 고분자의 혼합 용액을 사용하는 특징이 있다. 상기 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 수용액과 점성 고분자는 5: 1 내지 1: 10의 부피비율로 혼합될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 염기성 탈착 용액은 20cP 내지 1500cP의 점도를 가지는 것이 바람직하다.Accordingly, the viscous basic desorbent used in the present invention is characterized by using a mixed solution of aqueous solution of water or ethanol, preferably a tetrabutylammonium hydroxide solution dissolved in ethanol and a viscous polymer . The aqueous tetrabutylammonium hydroxide solution and the viscous polymer may be mixed at a volume ratio of 5: 1 to 1: 10. In addition, the basic desorption solution used in the present invention preferably has a viscosity of 20 cP to 1500 cP.

상기 점성 고분자는 폴리프로필렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 키토산, 키틴, 폴리아크릴아마이드, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 폴리하이드록시에틸메타크릴산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등과 같은 물이나 유기용매에 용해되는 고분자 물질을 상기 염기성 용액에 혼합 사용할 수 있다.The viscous polymer is polypropylene glycol, polyurethane, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene glycol, chitosan, chitin, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, cellulose, ethyl cellulose, polyhydroxyethyl methacrylic acid, polyethylene , Polymeric materials such as polypropylene, polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, and the like dissolved in an organic solvent may be mixed and used in the basic solution.

바람직하게, 본 발명에서는 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 수용액과 폴리프로필렌 글리콜을 5: 1 내지 1: 10의 부피비율로 혼합 사용하는 것이 좋다.Preferably, in the present invention, it is preferable to use an aqueous solution of tetrabutylammonium hydroxide and polypropylene glycol in a volume ratio of 5: 1 to 1:10.

이렇게 본 발명은 분자량이 큰 염기성 물질을 염료손상을 최소화할 수 있는 에탄올 등에 녹이고 고분자물질을 이용해 탈착 용액에 점성을 부여함으로써, 기존의 별도의 고분자 코팅 및 열중합 공정을 실시하지 않아도 원하는 두께만큼의 염료의 탈착을 유도할 수 있다.Thus, the present invention dissolves a basic material having a large molecular weight in ethanol, which can minimize dye damage, and gives viscosity to a desorption solution using a polymer material, thereby eliminating the need for a separate polymer coating and thermal polymerization process. Desorption of the dye may be induced.

이때, 상기 1차 염료가 흡착된 부분의 상부쪽으로 위치하는 부분은 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 전체 두께 중 10 내지 90% 부분에 해당하는 부분을 의미한다. 따라서, 본 발명은 염료 흡착 부분 중 필요에 따라 상기 금속산화물 나노입자층에 흡착된 염료층에서 탈착해야할 상부쪽으로 위치하는 부분의 표면두께를 원하는 두께로 탈착시켜, 1차 염료와 다른 2이상의 다른 염료를 추가적으로 흡착시킬 수 있다.In this case, the portion located toward the upper portion of the portion where the primary dye is adsorbed means a portion corresponding to 10 to 90% of the total thickness of the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed. Therefore, the present invention desorbs the surface thickness of the portion of the dye adsorption portion located in the upper portion to be desorbed from the dye layer adsorbed to the metal oxide nanoparticle layer to the desired thickness, so as to remove two or more other dyes different from the primary dye. It can additionally be adsorbed.

또한, 상기 1차 염료의 상부가 탈착된 부위에 흡착시키기 위한 2차 염료 물질은 1차 염료와 흡수 파장대 특성이 같거나 다른 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 염료물질은 루테늄(Ru) 착화합물 염료인 N719(bis(tetrabutylammonium)-cis-(dithiocyanato)-N,N'-bis(4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine)ruthenium(II)), N749 ((4,4',4''-tricarboxy-2,2':6',2'-terpyridine)ruthenium(II)), 무기염료인 CdSe, 유기 염료인 P5 등을 사용할 수 있다. 염료의 흡착 방법은 상기의 1차 염료의 흡착 방법과 동일하며, 2차 염료의 침투 깊이를 조절하기 위해 흡착 시간, 염료의 농도, 염료의 분자 크기 등을 조절할 수 있다.In addition, the secondary dye material for adsorbing to the site where the upper portion of the primary dye is desorbed may use the same or different absorption wavelength band characteristics of the primary dye. For example, the dye material is ruthenium (Ru) complex dye N719 (bis (tetrabutylammonium) -cis- (dithiocyanato) -N, N'-bis (4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'- bipyridine) ruthenium (II)), N749 ((4,4 ', 4' '-tricarboxy-2,2': 6 ', 2'-terpyridine) ruthenium (II)), inorganic dye CdSe, organic dye P5 Etc. can be used. The adsorption method of the dye is the same as the adsorption method of the primary dye, it is possible to adjust the adsorption time, the concentration of the dye, the molecular size of the dye and the like to control the penetration depth of the secondary dye.

또한, 본 발명에 따르면, 1차 및 2차 염료층이 형성된 적층구조에 3차 이상의 염료층을 추가로 더 형성할 수 있다(도 2b, 2c). 이를 위해, 본 발명은, 상부 염료의 선택적 탈착, 및 추가 염료의 재흡착 과정을 1회 이상 반복함으로써 다중 염료층의 형성이 가능하다. 이 때 금속산화물 나노입자 층의 상부층의 탈착의 깊이, 재흡착의 깊이를 조절함으로써 추가 염료의 흡착을 조절할 수 있으며, 탈착의 깊이 및 재흡착의 깊이 제어는 탈착 공정, 추가 염료의 재흡착 공정 내의 모든 변수들에 의해 조절되어진다. 즉, 본 발명에 따르면 2차 염료를 탈착하고, 1차 및 2차 염료와 파장이 다른 추가 염료를 재흡착하고 고분자 물질을 제거하는 단계, 또는 2차 염료 재흡착 후, 2차 염료를 탈착하고, 1차 및 2차 염료와 파장이 다른 추가 염료를 재흡착하고, 고분자 물질을 제거하는 단계를 1회 이상 반복 수행하여 1차 및 2차 염료층과 파장이 같거나 다른 염료층을 갖는 염료층을 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 염료물질은 상기에서 사용된 1차 및 2차 염료와 동일한 루테늄(Ru) 착화합물 염료인 N719 (bis(tetrabutylammonium)-cis-(dithiocyanato)-N,N'-bis(4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine)ruthenium(II)), N749 ((4,4',4''-tricarboxy-2,2':6',2'-terpyridine)ruthenium(II)), 무기 염료인 CdSe, 유기 염료인 P5 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 2차 염료가 흡착된 부분의 상부쪽으로 위치하는 부분은 2차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 전체 두께 중 10 내지 90% 부분에 해당할 수 있으며, 필요에 따라 적절히 염료를 탈착해야할 상부 부분의 표면층의 두께를 조절할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to further form a third or more dye layer in the laminated structure in which the primary and secondary dye layers are formed (FIGS. 2B and 2C). To this end, the present invention, it is possible to form a multiple dye layer by repeating the process of selective desorption of the top dye, and resorption of the additional dye one or more times. At this time, by adjusting the depth of the desorption of the upper layer of the metal oxide nanoparticle layer and the depth of resorption, the adsorption of the additional dye can be controlled, and the depth of the desorption and the depth of the resorption can be controlled within the desorption process and the resorption process of the additional dye. It is controlled by all the variables. That is, according to the present invention, the second dye is desorbed, and the second dye is desorbed, and the second dye is desorbed, and the second dye is desorbed after the second dye is resorbed. , A dye layer having a dye layer having the same or different wavelength as that of the primary and secondary dye layers by resorbing the additional dye having a different wavelength from the primary and secondary dyes and removing the polymer material at least once. It may further include. Preferably, the dye material is N719 (bis (tetrabutylammonium) -cis- (dithiocyanato) -N, N'-bis (4-carboxylato-) which is the same ruthenium (Ru) complex dye as the primary and secondary dyes used above. 4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine) ruthenium (II)), N749 ((4,4 ', 4' '-tricarboxy-2,2': 6 ', 2'-terpyridine) ruthenium (II) ), CdSe, which is an inorganic dye, and P5, which is an organic dye, may be used. In addition, the portion located above the portion where the secondary dye is adsorbed may correspond to 10 to 90% of the total thickness of the metal oxide nanoparticle layer adsorbed on the secondary dye, and the dye should be desorbed as needed. The thickness of the surface layer of the upper part can be adjusted.

또한, 태양 전지 셀 형성에 필요한 상대전극(70)를 제조하기 위해, 본 발명은 투명 전도성 기판 위에 백금 용액을 도포한 후, 약 400도 정도의 고온에서 열처리하여 상대전극을 제조하는 것이 바람직하다.In addition, in order to manufacture the counter electrode 70 required for forming a solar cell, the present invention is preferably coated with a platinum solution on a transparent conductive substrate, and then heat treated at a high temperature of about 400 degrees to manufacture the counter electrode.

상기 투명 전도성 기판(10)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 것에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 및 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 중의 어느 하나를 포함하는 투명한 플라스틱 기판 또는 유리 기판 상에, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 필름이 코팅된 것을 사용할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.The transparent conductive substrate 10 may be selected from those conventional in the art to which the present invention pertains, and preferably, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polypropylene ( Indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 on a transparent plastic or glass substrate comprising any one of PP), polyimide (PI), and triacetylcellulose (TAC) One coated with a conductive film including any one of O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , and SnO 2 -Sb 2 O 3 may be used, but is not limited thereto.

한편, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 두 개의 전극(70, 80)을 서로 마주보도록 대향 배치한 후 접합시키고 전해질을 충전함으로써, 다중 염료층을 갖는 광흡수층(30)을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.On the other hand, the present invention is a dye-sensitized solar cell comprising a light absorbing layer 30 having a multiple dye layer by placing the two electrodes 70, 80 prepared by the above facing each other facing each other and then bonding and filling the electrolyte Can be prepared.

상기 전해질(40)은 도 2c에서 설명의 편의상 한 층으로 도시되어 있지만, 실제로는 광흡수층(30) 사이의 공간에서 다공질막인 금속산화물 나노입자층의 내부에 균일하게 분산되어 있다.The electrolyte 40 is illustrated as one layer for convenience of description in FIG. 2C, but is actually uniformly dispersed in the metal oxide nanoparticle layer, which is a porous membrane, in the space between the light absorption layers 30.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 다중 염료층의 적층구조와 다중 금속산화물 나노입자층의 적층구조를 갖는 것을 특징으로 하므로, 이를 제외한 상기 전해질(40)은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적인 구성을 포함할 수 있으며, 그 제조방법 또한 통상적인 방법을 이용하여 제조할 수 있으므로 특별히 제한하지 않는다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention is characterized in that it has a laminated structure of a multi-dye layer and a multi-layered metal oxide nanoparticle layer, the electrolyte 40 except for this has a conventional configuration in the technical field to which the present invention belongs It may include, and the production method is also not particularly limited because it can be prepared using conventional methods.

예를 들면, 상기 전해질(40)은 iodide/triodide 쌍으로서 산화-환원에 의해 상대전극(70)으로부터 전자를 받아 광흡수층(30)의 염료에 전달하는 역할을 할 수 있는 것을 사용할 수 있다.For example, the electrolyte 40 may be used as an iodide / triodide pair that may serve to transfer electrons from the counter electrode 70 by oxidation-reduction to a dye in the light absorption layer 30.

이러한 본 발명의 방법은 전도성 기판의 단일 산화물 입자층 내에 다중 염료를 적층으로 흡착시켜 빛의 흡수 범위를 넓힐 수 있고, 1차 염료가 흡착된 금속 산화물 입자층과 추가 염료가 흡착된 금속산화물 입자층간 비연속적인 공간 없이 단일 산화물 입자층 내에 적층 구조를 형성하여 두 염료의 특성 밴드들을 효과적으로 발현되도록 한다. 또한, 본 발명은 기존 본 출원인이 개발한 특허출원 제10-2008-0017071호에 표기된 방법과 같이, 고분자를 형성하고 제거하는 과정 없이도, 염료를 탈착하는 염기성 용질의 분자량을 조절하여 태양전지의 특성을 월등히 향상시켰으며, 공정도 대폭 간소화하였다. 또한, 탈착용질을 수용액보다 유기용매, 특히 에탄올에 녹여 물에 의한 특성 감소를 막았다. 또한, 본 발명은 염료감응태양전지에 쓰이는 각각의 적층된 염료에 적합한 금속산화물 나노입자층을 적층된 염료층과 일치하도록 적층하여 각 염료의 전자주입효율을 극대화 할 수 있다.
This method of the present invention can broaden the absorption range of light by adsorbing multiple dyes in a single oxide particle layer of a conductive substrate in a stack, and discontinuous between the metal oxide particle layer adsorbed with the primary dye and the metal oxide particle layer adsorbed with the additional dye. A stacked structure is formed within a single oxide particle layer without significant space to effectively express the characteristic bands of the two dyes. In addition, the present invention is the characteristics of the solar cell by controlling the molecular weight of the basic solute desorbs the dye, without the process of forming and removing the polymer, as described in the patent application 10-2008-0017071 developed by the present applicant Has greatly improved and the process has been greatly simplified. In addition, the desorption solute was dissolved in an organic solvent, in particular ethanol, rather than an aqueous solution to prevent the reduction of properties due to water. In addition, the present invention can maximize the electron injection efficiency of each dye by laminating a metal oxide nanoparticle layer suitable for each laminated dye used in the dye-sensitized solar cell to match the stacked dye layer.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조방법의 경우, 적층구조를 갖는 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 형성방법이 다른 것을 제외하고는, 상기 제1 실시예의 방법과 동일하게 상대전극의 제조하여 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.In addition, in the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, except that the method of forming the metal oxide nanoparticle layer on which the dye having a stacked structure is adsorbed is different, the method of the counter electrode is the same as that of the first embodiment. To prepare a dye-sensitized solar cell.

그러면, 상기 제2 실시예에 따른, 적층구조를 갖는 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 형성방법을 설명한다.Next, a method of forming a metal oxide nanoparticle layer adsorbed with a dye having a laminated structure according to the second embodiment will be described.

먼저, 본 발명은 염료를 흡착하기 전에 투명 전도성 기판 위에 원하는 적층수가 되도록, 서로 같거나 다른 종류의 2층 이상의 적층 구조의 금속산화물 나노입자층을 일정두께로 순서대로 적층시킨다. 이때, 상기 염료를 흡착하기 이전의 2층 이상의 적층구조의 금속산화물 나노입자층은, 서로 같거나 다른 종류의 금속산화물 나노입자를 포함하는 제1 및 제2의 금속산화물 나노입자 페이스트를 이용하여 투명 전도성 기판 위에 형성된 블록킹층 위에 순차적으로 도포하고 열처리하여 이중 적층 구조의 금속산화물 나노입자층을 형성하거나, 또는 상기 제1 및 제2의 금속산화물 나노입자 페이스트와 같거나 다른 1종 이상의 금속 산화물 나노입자 페이스트를 이용하여 상기 이중 적층 구조의 금속산화물 나노입자층 위에 도포하고 열처리하는 과정을 1회 이상 반복 수행하여 형성될 수 있다. 또한 상기 금속산화물 나노입자를 서로 같거나 다른 종류일 수 있다. 바람직하게, 상기 염료를 흡착하기 이전의 2층 이상의 적층구조의 금속산화물 나노입자층은, 평균입경이 1nm 내지 80nm인 금속산화물 나노입자, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트를 상기 블록킹층 위에 도포하고 열처리하여 금속산화물 나노입자층을 형성한 후, 그 위에 상기 금속산화물 나노입자 페이스트를 도포하고 열처리하는 과정을 2회 이상 반복 수행하여 이루어질 수 있다. 즉, 2층 구조의 금속산화물 나노입자층을 갖는 경우, 서로 같거나 다른 종류의 A 및 B의 금속산화물 나노입자를 포함하는 제1 및 2의 금속산화물 나노입자 페이스트를 이용하여 블로킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 순차적으로 도포하고 열처리하여 이중 적층 구조의 금속산화물 나노입자층을 형성한다. 이후, 상기 금속산화물 나노입자층 위에 광산란층을 형성한다.First, in the present invention, two or more layers of metal oxide nanoparticles having the same or different type of laminated structure are laminated in order with a predetermined thickness so as to have a desired stacking number on a transparent conductive substrate before adsorbing the dye. At this time, the metal oxide nanoparticle layer having a laminated structure of two or more layers prior to adsorbing the dye is transparent conductive using first and second metal oxide nanoparticle pastes containing the same or different kinds of metal oxide nanoparticles. Sequentially applying and heat-treating the blocking layer formed on the substrate to form a double layered metal oxide nanoparticle layer, or one or more metal oxide nanoparticle pastes that are the same as or different from the first and second metal oxide nanoparticle pastes. It can be formed by repeating the process of coating and heat treatment on the metal oxide nanoparticle layer of the double-layer structure using one or more times. In addition, the metal oxide nanoparticles may be the same or different types. Preferably, the metal oxide nanoparticle layer having a laminated structure of two or more layers prior to adsorbing the dye may include a metal oxide nanoparticle paste including metal oxide nanoparticles having an average particle diameter of 1 nm to 80 nm, a binder resin, and a solvent. After coating and heat-treating to form a metal oxide nanoparticle layer, the process of coating and heat-treating the metal oxide nanoparticle paste thereon may be performed repeatedly two or more times. That is, in the case of having a metal oxide nanoparticle layer having a two-layer structure, a transparent conductive layer having a blocking layer formed by using the first and second metal oxide nanoparticle pastes containing the same or different types of metal oxide nanoparticles of A and B Sequential application and heat treatment on one surface of the substrate to form a metal oxide nanoparticle layer of a double laminated structure. Thereafter, a light scattering layer is formed on the metal oxide nanoparticle layer.

그리고, 상기 2층 이상의 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착하고, 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층의 1차 염료만을 탈착시킨다. 또한, 상기 탈착 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 및 그 위에 광산란층을 갖는, 광전극을 제조할 수 있다.The primary dye is adsorbed onto the two or more metal oxide nanoparticle layers, and the upper portion of the two or more metal oxide nanoparticle layers on which the primary dye is adsorbed is formed using a viscous basic desorbent. Only the primary dye of at least one or more metal oxide nanoparticle layers is desorbed. In addition, by adsorbing a secondary dye having a wavelength different from the primary dye to the desorption site, the photoelectrode having two or more metal oxide nanoparticle layers having a dye layer of a laminated structure having a different wavelength and a light scattering layer thereon Can be prepared.

또한, 도 2c에서와 같이 3층 구조의 금속산화물 나노입자층을 갖도록 하는 경우, 상기 구성에서 금속산화물 나노입자층이 1층 더 형성되는 것을 제외하고는 그 방법이 유사하다.In addition, when the metal oxide nanoparticle layer having a three-layer structure as shown in Figure 2c, the method is similar except that one more metal oxide nanoparticle layer is formed in the above configuration.

즉, 본 발명은 서로 같거나 다른 종류의 A 내지 C의 금속산화물 나노입자를 포함하는 제1 내지 제3의 금속산화물 나노입자 페이스트를 준비한다. 이후, 투명 전도성 기판 위에 제1 금속산화물 나노입자 페이스트를 일정 두께로 도포하고, 열처리하여 제1 금속산화물 나노입자층을 형성시킨다(금속산화물 A 포함). 이후, 상기 제1 금속산화물 나노입자층 위에, 상기 제2 금속산화물 나노입자 페이스트를 일정 두께로 도포하고, 열처리하여 제2 금속산화물 나노입자층을 형성시킨다(금속산화물 B 포함). 그리고, 상기 제2 금속산화물 나노입자층 위에, 상기 제3 금속산화물 나노입자 페이스트를 일정 두께로 도포하고, 열처리하여 제3 금속산화물 나노입자층을 형성시킨다(금속산화물 C 포함). That is, the present invention prepares the first to third metal oxide nanoparticle pastes containing the same or different kinds of metal oxide nanoparticles. Thereafter, the first metal oxide nanoparticle paste is coated on the transparent conductive substrate to a predetermined thickness and heat-treated to form the first metal oxide nanoparticle layer (including metal oxide A). Thereafter, the second metal oxide nanoparticle paste is coated on the first metal oxide nanoparticle layer to a predetermined thickness, and heat treated to form a second metal oxide nanoparticle layer (including metal oxide B). Then, the third metal oxide nanoparticle paste is coated on the second metal oxide nanoparticle layer to a predetermined thickness and heat treated to form a third metal oxide nanoparticle layer (including metal oxide C).

이후, 상기 제1 내지 제3의 금속산화물 나노입자층이 순서대로 적층된 구조에 광산란층을 형성하기 위해, 상기 제3의 금속산화물 나노입자층 위에 제1 실시예에서와 동일한 조건의 페이스트를 사용하여 광산란층을 형성시킨다. 이어서, 상기 제1 내지 제3의 금속산화물 나노입자층(광흡수층)과 광산란층을 갖는 기판을 1차 염료에 침지하여, 상기 투명 전도성 기판에 1차 염료를 흡착시킨다.Thereafter, in order to form a light scattering layer in a structure in which the first to third metal oxide nanoparticle layers are sequentially stacked, light scattering is performed using a paste having the same conditions as in the first embodiment on the third metal oxide nanoparticle layer. Form a layer. Subsequently, the substrate having the first to third metal oxide nanoparticle layers (light absorbing layer) and the light scattering layer is immersed in a primary dye to adsorb the primary dye onto the transparent conductive substrate.

그리고, 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료(염료 A)가 흡착된 3층의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층, 바람직하게 제2 및 제3의 금속산화물 나노입자층의 1차 염료만을 탈착시킨다. 그런 다음, 상기에서 얻은 기판을 2차 염료(염료 B)에 침지하여 상기 제2 및 제3의 금속산화물 나노입자층을 포함하는 탈착 부위에 2차 염료를 흡착시킨다. 이어서, 다시 점성이 있는 염기성 탈착용액을 이용하여 상기 2차 염료가 흡착된 제2 및 제3의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층, 바람직하게 제3의 금속산화물 나노입자층의 2차 염료만을 탈착시킨다. 이후, 상기에서 얻은 기판을 3차 염료(염료 C)에 침지하여 상기 제3의 금속산화물 나노입자층을 포함하는 탈착 부위에 3차 염료를 흡착시킨다.And, using a viscous basic desorption liquid, at least one or more layers of metal oxide nanoparticle layers positioned above, preferably second and third, among the three layers of metal oxide nanoparticle layers on which the primary dye (dye A) is adsorbed. Only the primary dye of the third metal oxide nanoparticle layer is desorbed. Then, the substrate obtained above is immersed in a secondary dye (dye B) to adsorb the secondary dye to the desorption site including the second and third metal oxide nanoparticle layers. Subsequently, among the second and third metal oxide nanoparticle layers in which the secondary dye is adsorbed using a viscous basic desorbent solution, at least one or more metal oxide nanoparticle layers positioned upward, preferably a third metal. Only the secondary dye of the oxide nanoparticle layer is desorbed. Subsequently, the substrate obtained above is immersed in a tertiary dye (dye C) to adsorb the tertiary dye to the desorption site including the third metal oxide nanoparticle layer.

이러한 과정을 거쳐서, 광흡수층으로 작용하는 금속산화물 나노입자층은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 금속산화물 A에 염료 A가 흡착되고, 금속산화물 B에 염료 B가 흡착되고, 금속산화물 C에 염료 C가 흡착된 적층구조를 갖는 형태를 얻을 수 있다.Through this process, the metal oxide nanoparticle layer serving as the light absorption layer, as shown in Figure 2c, the dye A is adsorbed to the metal oxide A, the dye B is adsorbed to the metal oxide B, the dye C to the metal oxide C It is possible to obtain a form having a laminated structure adsorbed.

또한, 광전극은 상기 적층 구조의 광흡수층 위에 광산란층을 갖는 형태를 가지게 된다.In addition, the photoelectrode has a form having a light scattering layer on the light absorption layer of the stacked structure.

또한, 상기 제1실시예에서와 동일한 방법으로 투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조한 후, 상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하여 다중 적층형 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.In addition, after forming a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate in the same manner as in the first embodiment, the photoelectrode and the counter electrode are disposed to face each other and filled with an electrolyte to form a multilayered dye-sensitized solar cell. Can be prepared.

한편, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 염료감응 태양전지가 제공된다.On the other hand, the present invention provides a dye-sensitized solar cell produced by the above method.

본 발명의 염료감응 태양전지는 투명전도성 기판 위에 형성되며, 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층을 포함하는 광전극, 상기 광전극에 대향 배치되며 투명전도성 기판 위에 형성된 백금층을 포함하는 상대전극, 및 상기 광전극과 상대전극 사이를 충진하는 전해질을 포함하는 구조일 수 있다. 바람직하게, 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은, 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 각각 흡착된 2이상의 염료층을 포함하는 특징이 있다. 또한 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 상부에는 광산란층이 형성될 수 있다.The dye-sensitized solar cell of the present invention is formed on a transparent conductive substrate, a photoelectrode including a metal oxide nanoparticle layer adsorbed by a dye, a counter electrode including a platinum layer disposed opposite to the photoelectrode and formed on a transparent conductive substrate, and It may have a structure including an electrolyte filling between the photoelectrode and the counter electrode. Preferably, the dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer is characterized by including two or more dye layers each of which two or more dyes having different wavelengths are adsorbed. In addition, a light scattering layer may be formed on the dye oxide-adsorbed metal oxide nanoparticle layer.

여기서, 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층에서 염료가 흡착되는 형태는, 상기 제1실시예 및 제2실시예의 방법에 따라 선택적일 수 있다. 예를 들면, 그 형태는 한 층으로 형성된 금속산화물 나노입자층에서 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 적층구조로 흡착되어 있거나, 또는 2층 이상으로 형성된 금속산화물 나노입자층에서 서로 다른 파장을 갖는 2이상의 염료가 각층에 별도로 흡착되어 층상의 염료층을 가질 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 투명 전도성 기판 위에 금속산화물 나노입자층을 한층으로 형성시킨 후, 그 부분에 2이상의 염료를 적층구조로 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 투명 전도성 기판 위에 서로 같거나 다른 종류의 금속산화물 나노입자층을 적층구조로 각각 형성한 후, 상기 적층 구조의 금속산화물 나노입자층에 각각 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료를 적층구조로 형성할 수도 있다. 즉, 도 2b와 같이, 적층된 염료에 적합한 나노산화물을 적용하여, 염료에서 나노산화물로 전자가 이동하는 효율인 전자주입효율(electron injection efficiency)을 높일 수 있다.Here, the form in which the dye is adsorbed in the dye oxide-adsorbed metal oxide nanoparticle layer may be selective according to the method of the first embodiment and the second embodiment. For example, in the form, two or more dyes having different wavelengths may be adsorbed in a stacked structure in the metal oxide nanoparticle layer formed in one layer, or two or more dyes having different wavelengths in the metal oxide nanoparticle layer formed in two or more layers. The dye may be adsorbed separately to each layer to have a layered dye layer. That is, according to the present invention, after forming the metal oxide nanoparticle layer as a single layer on the transparent conductive substrate, two or more dyes may be formed in a portion in a laminated structure. In addition, the present invention after forming a metal oxide nanoparticle layer of the same or different type on the transparent conductive substrate, respectively, in a laminated structure, and then two or more dyes having different wavelengths in each of the metal oxide nanoparticle layer of the laminated structure in a laminated structure It may be formed. That is, as shown in Figure 2b, by applying a nanooxide suitable for the stacked dye, it is possible to increase the electron injection efficiency (electron injection efficiency), which is the efficiency of electron transfer from the dye to the nanooxide.

도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중염료 적층 염료감응 태양 전지의 구조를 나타낸 것이다. 도 2b에 개시된 바와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지는 투명 기판(10) 위에 블록킹층(20)을 구비하고, 그 위에 염료층 A, 염료층 B, 염료층 C를 갖는 금속산화물 나노입자층(30)과 광산란층(32)을 포함하는 광전극(80)과, 상기 광전극(80)에 대향 배치된 투명기판(10)에 백금층(60)을 갖는 상대전극(70)과, 상기 광전극 및 상대전극 사이를 충진한 전해질(40)과, 그리고 접착수지(50)를 구비할 수 있다. 상기에서 금속산화물 나노입자층은 광흡수층으로 사용된다.Figure 2b shows the structure of a multi-dye laminated dye-sensitized solar cell according to a first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 2B, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a metal oxide nanoparticle layer having a blocking layer 20 on a transparent substrate 10 and having a dye layer A, a dye layer B, and a dye layer C thereon ( A photoelectrode 80 comprising a light scattering layer 32 and a light scattering layer 32, a counter electrode 70 having a platinum layer 60 on a transparent substrate 10 disposed opposite the photoelectrode 80, and the light. An electrolyte 40 filled between the electrode and the counter electrode, and an adhesive resin 50 may be provided. The metal oxide nanoparticle layer is used as the light absorption layer.

도 2c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 각 층에 적층된 염료에 맞는 금속산화물 나노입자를 적용한 염료감응태양전지의 구조를 나타낸 것이다. 도 2c에 개시된 바와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지는 투명 기판(10) 위에 블록킹층(20)을 구비하고 그 위에 서로 같거나 다른 금속산화물 A, B, C에 각각 염료층 A, B, C가 흡착된 금속산화물 나노입자층(30)과 광산란층(32)을 포함하는 광전극(80)과, 상기 광전극(80)에 대향 배치되고 투명기판(10)에 백금층(60)을 포함하는 상대전극(70)과, 상기 광전극 및 상대전극 사이를 충진한 전해질(40)과, 그리고 접착수지(50)를 구비할 수 있다. 상기에서 금속산화물 나노입자층은 광흡수층으로 사용된다.Figure 2c shows the structure of the dye-sensitized solar cell applying the metal oxide nanoparticles to the dye laminated in each layer according to the second embodiment of the present invention. As disclosed in FIG. 2C, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a blocking layer 20 on the transparent substrate 10 and the same or different metal oxides A, B, and C on the transparent substrate 10, respectively. The photoelectrode 80 including the metal oxide nanoparticle layer 30 and the light scattering layer 32 on which C is adsorbed, and the platinum layer 60 is disposed on the transparent substrate 10 and disposed opposite to the photoelectrode 80. The counter electrode 70, an electrolyte 40 filled between the photoelectrode and the counter electrode, and an adhesive resin 50 may be provided. The metal oxide nanoparticle layer is used as the light absorption layer.

상기 염료층 A 내지 C는 광흡수층으로서 이에 포함되는 염료는 서로 다른 종류의 서로 다른 흡수파장을 가질 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 상기 염료층은 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층에 사용된 염료와 파장이 같거나 다른 종류의 염료를 더 포함할 수도 있다. 또한, 도 2a 에서 편의상 도면부호를 표시하지 않았지만, 염료층은 금속산화물 나노입자층을 포함한다. 또한, 상기 염료가 흡착된 금속산화물의 나노입자층에서 금속산화물 나노입자는 평균크기가 1nm 내지 80nm이며, 서로 같거나 다른 종류의 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 금속산화물 A 내지 C는 동일하거나 다른 종류를 사용할 수 있고, 입자 사이즈가 다른 금속산화물이나 서로 다른 금속산화물을 혼합하는 형태를 가질 수 있다.The dye layers A to C are light absorbing layers, and the dyes included therein may have different absorption wavelengths of different kinds. In addition, according to the present invention, the dye layer may further include a dye having the same or different wavelength as the dye used in the metal oxide nanoparticle layer to which the dye is adsorbed. In addition, although not shown in FIG. 2A for convenience, the dye layer includes a metal oxide nanoparticle layer. In addition, the metal oxide nanoparticles in the nanoparticle layer of the metal oxide on which the dye is adsorbed may have an average size of 1 nm to 80 nm, and may include one or more kinds of metal oxides of the same or different type. Preferably, the metal oxides A to C may use the same or different types, and may have a form in which metal oxides having different particle sizes or different metal oxides are mixed.

이와 같은 방법에 의해 제공되는 본 발명의 염료감응 태양전지는, 도 3에 나타난 바와 같이, 다중 염료층을 포함하여 종래 단일 염료를 포함하는 염료감응 태양전지에 비해 태양광을 광범위하게 흡수할 수 있음을 알 수 있다.
Dye-sensitized solar cell of the present invention provided by such a method, as shown in Figure 3, it can absorb a wider range of sunlight compared to conventional dye-sensitized solar cell containing a single dye, including multiple dye layers. It can be seen.

본 발명은 기존에 발표된 염료가 다중으로 적층된 염료감응태양전지의 공정에 변화를 주어 더 높은 성능의 다중적층염료감응태양전지를 구현할 수 있다. 점성이 있는 탈착용액을 이용한 탈착 공정의 횟수를 조절함으로써, 하부층 염료의 적층 두께를 제어할 수 있다. 본 발명으로 제조된 다중적층염료감응태양전지는 한 개의 염료를 사용한 염료감응태양전지를 최적화하였을 때 나타나는 에너지 변환효율보다 월등히 높은 에너지 변환효율을 보였으며, 공정을 간소화하여 대면적 모듈에 적용이 용이하도록 하였다. 또한 각각의 적층된 염료에 적합한 나노산화물 전극을 다중적층하여 전자주입효율을 증가시킬 수 있다.
The present invention can implement a multi-layered dye-sensitized solar cell of higher performance by changing the process of the dye-sensitized solar cell is a multilayer of the conventionally published dye. By controlling the number of times of the desorption step using the viscous desorption solution, the lamination thickness of the lower layer dye can be controlled. The multilayered dye-sensitized solar cell manufactured according to the present invention showed significantly higher energy conversion efficiency than the energy conversion efficiency shown when the dye-sensitized solar cell using one dye was optimized, and was easy to apply to a large area module by simplifying the process. I did it. In addition, it is possible to increase the electron injection efficiency by multi-layering a nano oxide electrode suitable for each laminated dye.

도 1a는 유기 염료 태양 전지 구성의 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1b는 기존에 연구된 직렬식 구조 유기 염료 태양 전지의 개략적인 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 적층 염료를 갖는 유기 염료 태양 전지의 제작 과정을 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 적층 염료를 갖는 염료 태양 전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속산화물 나노입자층을 적층한 후 염료를 흡착시켜 다중 적층 염료를 갖는 염료 태양 전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 종래 단일 염료 구조의 흡수 범위 및 본 발명의 다중 염료 적층 구조의 광범위 흡수 범위를 개략적으로 비교하여 나타낸 모식도이다.
도 4는 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 입사 광자-전류 변환 효율 측정 결과이다.
도 5는 실시예 3, 비교예 3 및 비교예 4의 입사 광자-전류 변환 효율 측정 결과이다.
1A is a schematic diagram of an organic dye solar cell configuration.
1B is a schematic diagram of a tandem structured organic dye solar cell previously studied.
Figure 2a shows a manufacturing process of an organic dye solar cell having a multi-layered dye according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2b shows the structure of a dye solar cell having a multi-layered dye according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2c shows the structure of a dye solar cell having a multi-layered dye by stacking the metal oxide nanoparticle layer according to a second embodiment of the present invention by adsorbing the dye.
Figure 3 is a schematic diagram showing a comparison of the absorption range of the conventional single dye structure and the broad absorption range of the multiple dye layered structure of the present invention.
4 shows measurement results of incident photon-current conversion efficiency of Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG.
5 shows measurement results of incident photon-current conversion efficiency of Example 3, Comparative Example 3, and Comparative Example 4. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다.  다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention are described. However, the following examples are only illustrated to aid the understanding of the present invention, but the contents of the present invention are not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

(다중 염료 적층구조를 갖는 다파장 흡수 염료감응 태양전지 제조)(Manufacture of Multi-wavelength Absorption Dye-Sensitized Solar Cell with Multi-Dye Lamination Structure)

전, 후방전극용 기판으로서 FTO가 코팅된 유리기판을 준비하였다. 후방전극용 기판의 전도성면 쪽에 H2PtCl6 용액을 코팅하여, 400℃에서 20 분 동안 열처리하여 상대전극을 제조하였다. 전방전극용 기판의 전도성면 쪽에는 0.15M 티타늄(IV) 비스(에틸 아세토아세테이토) 다이이소프로폭사이드 용액으로 스핀 코팅한 후 500 ℃에서 10분 이상 열처리하여 블록킹 층을 형성하였다.Before and after, a glass substrate coated with FTO was prepared as a substrate for the rear electrode. The counter electrode was prepared by coating a H 2 PtCl 6 solution on the conductive surface of the substrate for the rear electrode and performing heat treatment at 400 ° C. for 20 minutes. The conductive layer of the front electrode substrate was spin coated with 0.15 M titanium (IV) bis (ethyl acetoacetate) diisopropoxide solution and heat-treated at 500 ° C. for at least 10 minutes to form a blocking layer.

이어서, 산화티타늄 나노입자(평균입경: 20 nm), 바인더용 고분자(에틸셀룰로오스), 및 용매(Terpineol)를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트를 상기 전방전극용 기판 위에 도포(닥터블레이드[doctor blade]법 이용)한 후, 기판을 500 ℃에서 30 분간 열처리하여 전방 전극에 사용되는 다공질 산화티타늄 나노입자층을 형성시켰다.Subsequently, a metal oxide nanoparticle paste containing titanium oxide nanoparticles (average particle diameter: 20 nm), a binder polymer (ethyl cellulose), and a solvent (Terpineol) is applied onto the front electrode substrate (doctor blade) Method), and then the substrate was heat-treated at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous titanium oxide nanoparticle layer used for the front electrode.

그런 다음, 빛을 산란할 수 있는 산화티타늄 나노입자(평균입경: 500nm), 바인더용 고분자(에틸셀룰로오스) 및 용매(Terpineol)를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트를 상기 기판에 형성된 산화티타늄 나노입자층 위에 도포한 후, 기판을 500 ℃에서 30 분간 열처리하여 광산란층을 형성하였다. 이후, 광전류를 증대시키고 나노산화물의 기공크기를 조절하여 탈착 두께조절을 용이하게 하기 위하여, 상기 산화티타늄 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 0.04 몰 농도의 TiCl4 수용액에 70 ℃에서 30 분 동안 침지하였다. 이 때, 블로킹층의 두께는 약 30 nm 이고, 산화티타늄 나노입자층의 두께는 광산란층을 포함하여 약 35 μm 이다. 즉, 광흡수층으로 사용되는 산화티타늄 나노입자층은 약 30 μm이고 광산란층은 약 5 μm이다.Then, a metal oxide nanoparticle paste including titanium oxide nanoparticles capable of scattering light (average particle diameter: 500 nm), a binder polymer (ethyl cellulose), and a solvent (Terpineol) is formed on the titanium oxide nanoparticle layer formed on the substrate. After coating, the substrate was heat treated at 500 ° C. for 30 minutes to form a light scattering layer. Subsequently, in order to increase the photocurrent and to adjust the pore size of the nanooxide to facilitate the desorption thickness control, the substrate on which the titanium oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed is immersed in an aqueous TiCl 4 solution of 0.04 molar concentration at 70 ° C. for 30 minutes. It was. At this time, the thickness of the blocking layer is about 30 nm, and the thickness of the titanium oxide nanoparticle layer is about 35 μm including the light scattering layer. That is, the titanium oxide nanoparticle layer used as the light absorption layer is about 30 μm and the light scattering layer is about 5 μm.

이어서, 전방 기판을 루테늄(Ru) 계열 감광성 염료인 N719 (bis(tetrabutylammonium)-cis-(dithiocyanato)-N,N'-bis(4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine)ruthenium(II)) 0.5 mM을 포함하는 에탄올 용액에 16 시간 동안 실온 조건에서 침지하여 다공질 금속산화물 층의 입자표면에만 감광성 염료를 흡착시켰다.Subsequently, the front substrate was ruthenium-based photosensitive dye N719 (bis (tetrabutylammonium) -cis- (dithiocyanato) -N, N'-bis (4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine) ruthenium (II)) was immersed in an ethanol solution containing 0.5 mM at room temperature for 16 hours to adsorb the photosensitive dye only on the particle surface of the porous metal oxide layer.

테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 100 mM 농도로 에탄올에 녹인 용액과 이 용액에 점성을 부여하기 위한 폴리프로필렌 글리콜을 1:1의 부피비율로 혼합하여 점성을 갖는 염기성 탈착용액을 만들었다. 상기 감광성 염료가 흡착된 기판을 에탄올로 세척한 후, 제조된 염기성 탈착용액을 기판 위에 떨어뜨리고 30초 후에 기판을 에탄올로 세척하여, 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 상부쪽으로 위치하는 부분을 약 5~6 μm 정도의 두께로 탈착시켰다. 위 탈착과정을 3~4회 반복한 후, 또 다른 루테늄(Ru) 계열 감광성 염료인 N749 ((4,4',4''-tricarboxy-2,2':6',2'-terpyridine)ruthenium(II)) 0.5 mM을 포함하고 Cheno Deoxycholic acid를 20mM 포함하는 에탄올 용액에 침지하여 40℃ 조건에서 6시간 동안 상기 탈착 부위에 감광성 염료를 흡착시켰다. 이렇게 하면, 상기 다공성 금속산화물 나노입자층에는 N719 와 N749 이중 염료층이 형성되며, 이들은 적층구조를 가진다.A solution of tetrabutylammonium hydroxide dissolved in ethanol at a concentration of 100 mM and polypropylene glycol for imparting viscosity to the solution were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare a basic desorbent solution having viscosity. After washing the substrate having the photosensitive dye adsorbed with ethanol, the prepared basic desorption solution was dropped onto the substrate, and after 30 seconds, the substrate was washed with ethanol, whereby the portion located toward the top of the metal oxide nanoparticle layer on which the dye was adsorbed was removed. Desorption was performed at a thickness of about 5-6 μm. After repeating the desorption process 3-4 times, another ruthenium-based photosensitive dye N749 ((4,4 ', 4' '-tricarboxy-2,2': 6 ', 2'-terpyridine) ruthenium (II)) The photosensitive dye was adsorbed to the desorption site for 6 hours at 40 ° C. by immersion in an ethanol solution containing 0.5 mM and Cheno Deoxycholic acid 20 mM. In this case, N719 and N749 double dye layer is formed on the porous metal oxide nanoparticle layer, and they have a laminated structure.

(전해질 주입, 봉합)(Electrolyte injection, suture)

앞서 제조한 전방전극과 후방전극을 접합시킨 후, 그 사이 공간에 PMII(0.7M) 및 I2(0.05M)을 포함하는 아세토니트릴(acetonitrile) 전해질을 주입하고 봉합하여 이중 염료 적층 구조를 갖는 다파장 흡수 염료감응 태양전지를 제조하였다.
After joining the front electrode and the rear electrode, the acetonitrile electrolyte containing PMII (0.7M) and I2 (0.05M) was injected into the space therebetween, and then sealed and multi-wavelength having a double dye stack structure. An absorbing dye-sensitized solar cell was prepared.

실시예Example 2 2

본 발명의 염료 적층구조에 대한 전류 및 효율 향상의 기여 정도를 비교하기 위하여, 실시예1의 제조과정을 거쳐, 30μm의 두께를 갖는 산화티타늄 나노 입자층의 하부층은 N719, 상부층은 N749로 구성되는 이중 적층형 구조를 제작하였다.
In order to compare the contribution of the current and efficiency improvement to the dye layer structure of the present invention, through the manufacturing process of Example 1, the lower layer of the titanium oxide nanoparticle layer having a thickness of 30μm N719, the upper layer is composed of N749 A laminated structure was produced.

비교예Comparative example 1 One

실시예 2와 비교하기 위해서 하부층에만 N719 염료가 존재하고 상부층에는 염료가 흡착되지 않은 단위전지를 제작하였다.
In order to compare with Example 2, a unit cell was prepared in which the N719 dye was present only in the lower layer and the dye was not adsorbed in the upper layer.

비교예Comparative example 2 2

실시예 2와 비교하기 위해서 상부층에만 N749 염료가 존재하고 하부층에는 염료가 흡착되지 않은 단위전지를 제작하였다.
In comparison with Example 2, a unit cell was prepared in which only N749 dye was present in the upper layer and no dye was adsorbed in the lower layer.

실시예Example 3 3

본 발명의 염료 적층구조에 대한 전류 및 효율 향상의 기여 정도를 비교하기 위하여 실시예1의 제조과정을 거쳐, 30 μm의 두께를 갖는 산화티타늄 나노 입자층의 하부층은 단파장을 흡수하는 P5, 상부층은 N749로 구성되는 이중 적층형 구조를 제작하였다.
In order to compare the contribution of the current and efficiency improvement to the dye layer structure of the present invention through the manufacturing process of Example 1, the lower layer of the titanium oxide nanoparticle layer having a thickness of 30 μm is P5 absorbing short wavelength, the upper layer is N749 A double layered structure was constructed.

실시예Example 4 4

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 30 μm의 두께를 갖는 산화티타늄 나노 입자층의 하부층은 단파장을 흡수하는 P5, 가운데층은 N719, 상부층은 N749로 구성되는 도 2b와 같은 삼중 적층형 구조를 제작하였다.
In the same manner as in Example 1, but the lower layer of the titanium oxide nanoparticle layer having a thickness of 30 μm was prepared a triple layered structure as shown in Figure 2b consisting of P5 absorbing short wavelength, the middle layer is N719, the upper layer is N749. .

비교예Comparative example 3 3

실시예 3과 비교하기 위해서 하부층에만 P5 염료가 존재하고 상부층에는 염료가 흡착되지 않은 단위전지를 제작하였다.
In order to compare with Example 3, the unit cell was prepared in which the P5 dye was present only in the lower layer and the dye was not adsorbed in the upper layer.

비교예Comparative example 4 4

실시예 3과 비교하기 위해서 상부층에만 N749 염료가 존재하고 하부층에는 염료가 흡착되지 않은 단위전지를 제작하였다.
In order to compare with Example 3, a unit cell was prepared in which only N749 dye was present in the upper layer and no dye was adsorbed in the lower layer.

비교예Comparative example 5 및 6 5 and 6

널리 쓰이고 있는 Ru계염료인 N749 염료 (비교예 5) 와 N749 염료 (비교예 6)를 이용하고, 산화티타늄 나노입자 두께와 전해질을 최적화하여 단일 염료층의 염료감응 태양전지를 제작하였다.
A dye-sensitized solar cell of a single dye layer was fabricated by optimizing titanium oxide nanoparticle thickness and electrolyte using N749 dye (Comparative Example 5) and N749 dye (Comparative Example 6), which are widely used Ru-based dyes.

실험예Experimental Example

실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 각각의 염료감응 태양전지의 광전 특성(광전류밀도, 개방전압, 충진계수, 에너지변환효율)을 1.5AM 100mW/㎠의 솔라 시뮬레이터(Xe 램프[300W, Oriel], AM1.5 filter, 및 Keithley SMU2400으로 구성됨)를 이용하여 측정하였고 그 결과는 표 1 및 2에 나타내었다. 도 4는 실시예 2 및 비교예 1 내지 2의 염료감응 태양전지의 전류-전압 측정 결과이다. 측정은 측면에서 들어오는 산란광을 막기 위해 활성면적을 제외한 부분을 검정색 마스크로 차폐시켰다. 활성면적은 약 0.4cm2 이다.The photoelectric characteristics (photocurrent density, open voltage, charge factor, energy conversion efficiency) of each dye-sensitized solar cell manufactured in Examples 2 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were measured using a solar simulator (Xe lamp [ 300 W, Oriel], AM1.5 filter, and Keithley SMU2400) and the results are shown in Tables 1 and 2. 4 shows current-voltage measurement results of the dye-sensitized solar cells of Example 2 and Comparative Examples 1 to 2. FIG. The measurement was masked by the black mask except for the active area to prevent scattered light from the side. The active area is about 0.4 cm 2.

또한 실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 각각의 염료감응 태양전지의 입사 광자-전류 변환 효율(Incident Photon-to-current Conversion Efficiency, IPCE)을 측정하였다. 도 5는 실시예 3 및 비교예 3 내지 4의 1.5 AM 광 조사 조건하에서의 전류-접압 측정 결과이다.In addition, the incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) of each dye-sensitized solar cell prepared in Examples 2 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured. 5 shows current-voltage measurement results under 1.5 AM light irradiation conditions of Example 3 and Comparative Examples 3 to 4. FIG.

구분division 광전류밀도 (mA/㎠)Photocurrent Density (mA / ㎠) 개방전압(mV)Open voltage (mV) 충진계수(%)Fill factor (%) 효율(%)efficiency(%) 실시예 2Example 2 19.3019.30 740.2740.2 68.6368.63 9.809.80 비교예 1Comparative Example 1 15.6815.68 725.0725.0 70.4070.40 8.008.00 비교예 2Comparative Example 2 15.9215.92 654.2654.2 68.0468.04 7.097.09

표 1 및 도 4에서 나타나듯이, 상부에 N749염료가 흡착되고 하부에 N719염료가 흡착된 이중 염료 적층구조를 갖는 염료감응 태양전지(실시예 2)는 하부에만 N719염료가 흡착된 전지(비교예 1)와 상부에만 N749염료가 흡착된 전지 (비교예 2)에 비교하여, 높은 광전류 값을 나타내었다. 그 이유는 N719가 400nm 내지 600nm 파장대에서 높은 IPCE값을 갖고, N749는 900nm 파장 영역의 빚까지 흡수하는데, 실시예 2의 태양전지는 이들을 모두 포함하여 400-600nm 파장대에서 높은 IPCE값을 갖는 동시에 900nm 파장 영의 빛까지 흡수하기 때문이다. 따라서 에너지 변환 효율면에서도 비교예1 및 2에 비해 18% 향상된 9.80%의 효율을 나타내고 있다.As shown in Table 1 and Figure 4, a dye-sensitized solar cell (Example 2) having a double dye stack structure in which the N749 dye is adsorbed on the upper portion and the N719 dye is adsorbed on the lower portion (Example 2) is a cell in which the N719 dye is adsorbed only on the lower portion (Comparative Example) Compared to 1) and the cell in which the N749 dye was adsorbed only on the upper part (Comparative Example 2), high photocurrent was shown. The reason is that the N719 has a high IPCE value in the wavelength range of 400 nm to 600 nm, and the N749 absorbs even the debt in the 900 nm wavelength range. This is because it absorbs light of wavelength zero. Therefore, in terms of energy conversion efficiency, the efficiency of 9.80% is improved by 18% compared to Comparative Examples 1 and 2.

구분division 광전류밀도 (mA/㎠)Photocurrent Density (mA / ㎠) 개방전압(mV)Open voltage (mV) 충진계수(%)Fill factor (%) 효율(%)efficiency(%) 실시예 3Example 3 18.1918.19 649.4649.4 68.0868.08 8.048.04 비교예 3Comparative Example 3 3.873.87 539.2539.2 75.3475.34 1.571.57 비교예 4Comparative Example 4 15.6715.67 701.9701.9 68.9968.99 7.597.59 비교예 5Comparative Example 5 15.0615.06 824.3824.3 73.1073.10 9.089.08 비교예 6Comparative Example 6 17.8617.86 730.5730.5 67.5467.54 8.818.81

또한, 표 2 및 도 5에서 나타나듯이, 상부에 N749 염료가 흡착되고 하부에 노란색 염료인 P5가 흡착된 이중 염료 적층구조를 갖는 염료감응 태양전지(실시예 3)는 하부에만 N749염료가 흡착된 전지(비교예 3)와 상부에만 P5염료가 흡착된 전지(비교예 4)에 비교하여, 높은 광전류 값을 나타내었다. 즉, 상기 N749염료는 900nm까지 빛을 흡수해서 활용하기는 하지만 300nm 내지 400nm 영역의 IPCE 값이 낮기 때문에, 금속산화물 하부에 단파장을 흡수하는 염료인 P5를 흡착하면 N749의 단파장영역을 보강해줄 수 있어 높은 광전류 값을 얻을 수 있다.In addition, as shown in Table 2 and Figure 5, the dye-sensitized solar cell (Example 3) having a double-dye laminate structure in which the N749 dye is adsorbed on the top and P5, which is a yellow dye, is adsorbed on the bottom (Example 3). Compared to the battery (Comparative Example 3) and the cell (Comparative Example 4) in which the P5 dye was adsorbed only on the upper portion, high photocurrent values were shown. In other words, the N749 dye absorbs light up to 900 nm, but has a low IPCE value in the range of 300 nm to 400 nm. Therefore, the N749 dye can reinforce the short wavelength region of N749 by adsorbing P5, a dye that absorbs short wavelengths under the metal oxide. High photocurrent values can be obtained.

또한, 표 2에서 나타나듯이, 널리 쓰이고 있고 고효율을 낼 수 있는 염료인 N719와 N749를 사용하고, 광흡수층 두께와 전해질을 최적화한 염료감응 태양전지(비교예 5 : N719, 비교예 6 : N749)라 하더라도, 본 발명의 이중 적층 염료를 갖는 태양전지(실시예 2)가 상기 비교예 5 및 6에 비해서 더 높은 효율을 나타냈다.In addition, as shown in Table 2, dye-sensitized solar cells using the widely used and high efficiency dyes N719 and N749, and optimized the light absorption layer thickness and electrolyte (Comparative Example 5: N719, Comparative Example 6: N749) Even so, the solar cell (Example 2) having the double lamination dye of the present invention showed higher efficiency compared to Comparative Examples 5 and 6.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기재하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 해당 기술 분야의 숙련된 기술자는 상기 기재된 범위 및 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서는 본 발명을 다양하게 변경 및 수정시킬 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and a person skilled in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention described in the above-described range and the appended claims. It will be appreciated that various changes and modifications can be made within the scope of the invention.

본 발명은 다중적층형 태양전지의 공정을 간소화하고 태양전지의 성능을 향상시켰다. 이를 통해서 태양광을 광범위하게 흡수할 수 있는 다파장 흡수 염료감응 태양전지의 제조에 적용할 수 있다.
The present invention simplifies the process of multi-layered solar cells and improves the performance of the solar cells. Through this, it can be applied to the production of multi-wavelength absorbing dye-sensitized solar cells that can absorb a wide range of sunlight.

10: 투명 전도성 기판
20: 블로킹 층
30: 광흡수층
31a: 1차 염료, 31b: 2차 염료
31c : 염료가 흡착되지 않은 금속산화물
32: 광산란층
40: 산화/환원 전해질
50: 접합용수지 60: 백금층
70: 상대전극 (또는 후방전극)
80: 광전극 (또는 전방전극)
10: transparent conductive substrate
20: blocking layer
30: light absorption layer
31a: primary dye, 31b: secondary dye
31c: Metal oxides without dye adsorption
32: light scattering layer
40: oxidation / reduction electrolyte
50: bonding resin 60: platinum layer
70: counter electrode (or rear electrode)
80: photoelectrode (or front electrode)

Claims (25)

블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 금속산화물 나노입자층을 형성하고, 상기 금속산화물 나노입자층 위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계;
상기 투명 전도성 기판에 형성된 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계;
20cp 내지 1500cp의 점도를 가지는 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 1차 염료만을 탈착시키는 단계;
상기 1차 염료만 탈착된 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 금속산화물 나노입자층과 그 위에 형성된 광산란층을 갖는 광전극을 제조하는 단계;
투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및
상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계
를 포함하며,
상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 20℃ 내지는 80℃에서 0.02 내지 0.2 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 20시간까지 침지하는 단계를 포함하며,
상기 점성이 있는 염기성 탈착액은 물 또는 에탄올의 수용성 용매에 녹인 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 수용액과 점성 고분자의 혼합 용액을 사용하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
Forming a metal oxide nanoparticle layer on one surface of the transparent conductive substrate on which the blocking layer is formed, forming a light scattering layer on the metal oxide nanoparticle layer, and then performing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) treatment;
Adsorbing a primary dye on the metal oxide nanoparticle layer formed on the transparent conductive substrate;
Desorbing only the primary dye in the upper portion of the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed, using a viscous basic desorbent having a viscosity of 20 cps to 1500 cps;
A photoelectrode having a metal oxide nanoparticle layer having a dye layer having a laminated structure having a different wavelength and a light scattering layer formed thereon by adsorbing a secondary dye having a different wavelength from the primary dye on a portion where only the primary dye is desorbed. Preparing a;
Manufacturing a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate; And
Disposing the photoelectrode and the counter electrode and filling an electrolyte
Including;
The TiCl 4 treatment method includes immersing the substrate on which the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed in a TiCl 4 aqueous solution having a concentration of 0.02 to 0.2 mol at 20 ° C. to 80 ° C. for 20 minutes to 20 hours.
The viscous basic desorption solution is a method for producing a dye-sensitized solar cell using a mixed solution of tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution and a viscous polymer dissolved in a water-soluble solvent of water or ethanol.
제 1항에 있어서, 상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 50℃ 내지 80℃에서 0.03 내지 0.06 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 1시간까지 침지하는 단계를 포함하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the TiCl 4 treatment method comprises immersing the substrate on which the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed in a TiCl 4 aqueous solution having a concentration of 0.03 to 0.06 molar at 50 ° C. to 80 ° C. for 20 minutes to 1 hour. Method for producing a dye-sensitized solar cell. 제 1항에 있어서, 상기 점성 고분자는 폴리프로필렌 글리콜, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 키토산, 키틴, 폴리아크릴아마이드, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 폴리하이드록시에틸메타크릴산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 것인, 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the viscous polymer is polypropylene glycol, polyurethane, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene glycol, chitosan, chitin, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, cellulose, ethyl cellulose, polyhydroxy Ethyl methacrylic acid, polyethylene, polypropylene, polyethylene naphthalate and polyethylene terephthalate is selected from the group consisting of one or more, dye-sensitized solar cell manufacturing method. 제 1항에 있어서, 상기 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분은 1차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 전체 두께 중 10 내지 90% 부분에 해당하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조방법.The metal oxide nanoparticle layer of claim 1, wherein the portion of the metal oxide nanoparticle layer adsorbed on the upper portion corresponds to 10 to 90% of the total thickness of the metal oxide nanoparticle layer to which the primary dye is adsorbed. Method of manufacturing dye-sensitized solar cell. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 상기 광전극을 제조하는 단계에서, 금속산화물 나노입자층이 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 적층 구조의 염료층을 가지도록,
상기 2차 염료를 흡착한 후, 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여 2차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 2차 염료만을 탈착하고,
상기 광전극 제조시 사용된 1차 및 2차 염료와 파장이 다른 3차 염료를 상기 2차 염료의 탈착 부위에 흡착하여 염료층을 더 형성하는 단계를, 1회 이상 반복 수행하는 것을 추가로 포함하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the method comprises the steps of manufacturing the photoelectrode, the metal oxide nanoparticle layer has a dye layer of two or more laminated structure having a different wavelength,
After adsorbing the secondary dye, in the metal oxide nanoparticle layer adsorbed with the secondary dye using a viscous basic desorbent, only the secondary dye of the portion located upward is desorbed,
Further comprising repeating one or more times to form a dye layer by adsorbing a tertiary dye having a different wavelength from the primary and secondary dyes used in the photoelectrode production to the desorption site of the secondary dye. Method for producing a dye-sensitized solar cell.
제 1항에 있어서, 상기 염료를 흡착하기 이전의 금속산화물 나노입자층은 평균입경이 1nm 내지 80nm인 금속산화물 나노입자, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트를 상기 블록킹층 위에 도포하고 열처리하여 형성하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the metal oxide nanoparticle layer prior to adsorbing the dye is a metal oxide nanoparticle paste containing a metal oxide nanoparticle, a binder resin and a solvent having an average particle diameter of 1nm to 80nm on the blocking layer and heat treatment Forming, to form a dye-sensitized solar cell. 제 1항에 있어서, 상기 광산란층은 평균입경이 100nm 내지 2000nm인 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트, 바인더 수지 및 용매를 상기 금속산화물 나노입자층 위에 도포하고 열처리하여 형성하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.The dye-sensitized method of claim 1, wherein the light scattering layer is formed by applying a metal oxide nanoparticle paste including a metal oxide nanoparticle having an average particle diameter of 100 nm to 2000 nm, a binder resin, and a solvent on the metal oxide nanoparticle layer and performing heat treatment. Manufacturing method of solar cell. 제 1항에 있어서, 상기 블록킹층은 투명 전도성 기판의 일면에 금속 산화물 전구체 또는 금속산화물 나노입자 용액을 스핀 코팅하여 형성되는 것인 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the blocking layer is formed by spin coating a metal oxide precursor or a metal oxide nanoparticle solution on one surface of a transparent conductive substrate. 제 7항에 있어서, 상기 열처리는 400 내지 550 ℃에서 10 내지 120분 동안 수행하는 것인 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein the heat treatment is performed for 10 to 120 minutes at 400 to 550 ℃. 블록킹층이 형성된 투명 전도성 기판의 일면에 서로 같거나 다른 종류의 2층 이상의 적층구조의 금속산화물 나노입자층을 형성하고, 상기 금속산화물 나노입자층 위에 광산란층을 형성한 후 사염화티타늄(TiCl4) 처리를 진행하는 단계;
상기 투명 전도성 기판에 형성된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층에 1차 염료를 흡착시키는 단계;
20cp 내지 1500cp의 점도를 가지는 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여, 상기 1차 염료가 흡착된 2층 이상의 금속산화물 나노입자층 중에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층의 1차 염료만을 탈착시키는 단계;
상기 1차 염료만 탈착된 부위에 상기 1차 염료와 파장이 다른 2차 염료를 흡착시켜, 서로 다른 파장을 갖는 적층 구조의 염료층을 가지는 2층 이상의 금속산화물 나노입자층과 그 위에 형성된 광산란층을 갖는 광전극을 제조하는 단계;
투명 전도성 기판의 일면에 백금층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계; 및
상기 광전극과 상대전극을 대향 배치하고 전해질을 충진하는 단계
를 포함하며,
상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 20℃ 내지는 80℃에서 0.02 내지 0.2 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 20시간까지 침지하는 단계를 포함하며,
상기 점성이 있는 염기성 탈착액은 물 또는 에탄올의 수용성 용매에 녹인 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 수용액과 점성 고분자의 혼합 용액을 사용하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
After forming a metal oxide nanoparticle layer having a laminated structure of two or more layers of the same or different type on one surface of the transparent conductive substrate having a blocking layer, and forming a light scattering layer on the metal oxide nanoparticle layer, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) treatment is performed. Proceeding;
Adsorbing a primary dye onto at least two metal oxide nanoparticle layers formed on the transparent conductive substrate;
Primary of at least one layer of the metal oxide nanoparticle layer of the two or more layers of metal oxide nanoparticle layers in which the primary dye is adsorbed, using a viscous basic desorbent having a viscosity of 20 cps to 1500 cps. Desorbing only the dye;
By adsorbing secondary dyes having different wavelengths from the primary dyes to the site where only the primary dyes are desorbed, two or more metal oxide nanoparticle layers having a dye layer having a laminated structure having different wavelengths and a light scattering layer formed thereon Manufacturing a photoelectrode having;
Manufacturing a counter electrode by forming a platinum layer on one surface of the transparent conductive substrate; And
Disposing the photoelectrode and the counter electrode and filling an electrolyte
Including;
The TiCl 4 treatment method includes immersing the substrate on which the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed in a TiCl 4 aqueous solution having a concentration of 0.02 to 0.2 mol at 20 ° C. to 80 ° C. for 20 minutes to 20 hours.
The viscous basic desorption solution is a method for producing a dye-sensitized solar cell using a mixed solution of tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution and a viscous polymer dissolved in a water-soluble solvent of water or ethanol.
제 10항에 있어서, 상기 TiCl4 처리 방법은 금속산화물 나노입자층과 광산란층이 형성된 기판을 50℃ 내지 80℃에서 0.03 내지 0.06 몰 농도의 TiCl4 수용액에 20분에서 1시간까지 침지하는 단계를 포함하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 10, wherein the TiCl 4 treatment method comprises immersing the substrate on which the metal oxide nanoparticle layer and the light scattering layer are formed in a TiCl 4 aqueous solution having a concentration of 0.03 to 0.06 molar at 50 ° C. to 80 ° C. for 20 minutes to 1 hour. Method for producing a dye-sensitized solar cell. 제 10항에 있어서, 상기 점성 고분자는 폴리프로필렌 글리콜, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 키토산, 키틴, 폴리아크릴아마이드, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 폴리하이드록시에틸메타크릴산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된, 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 10, wherein the viscous polymer is polypropylene glycol, polyurethane, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene glycol, chitosan, chitin, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, cellulose, ethyl cellulose, polyhydroxy Ethyl methacrylic acid, polyethylene, polypropylene, polyethylene naphthalate and polyethylene terephthalate selected from the group consisting of at least one, manufacturing method of dye-sensitized solar cell. 제 10항에 있어서, 상기 방법은 상기 광전극을 제조하는 단계에서, 금속산화물 나노입자층이 서로 다른 파장을 갖는 2이상의 적층 구조의 염료층을 가지도록,
상기 2차 염료를 흡착한 후, 점성이 있는 염기성 탈착액을 이용하여 2차 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층에서, 상부쪽으로 위치하는 부분의 적어도 1층 이상의 금속산화물 나노입자층의 2차 염료만을 탈착하고,
상기 광전극 제조시 사용된 1차 및 2차 염료와 파장이 다른 3차 염료를 상기 2차 염료의 탈착 부위에 흡착하여 염료층을 더 형성하는 단계를 1회 이상 반복 수행하는 것을 추가로 포함하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the manufacturing of the photoelectrode comprises: a metal oxide nanoparticle layer having a dye layer having two or more laminated structures having different wavelengths.
After adsorbing the secondary dye, desorbed only the secondary dye of at least one or more layers of the metal oxide nanoparticle layer in the upper portion of the metal oxide nanoparticle layer adsorbed with the secondary dye using a viscous basic desorbent. and,
The method may further include repeating one or more steps of adsorbing a third dye having a wavelength different from that of the first and second dyes used in manufacturing the photoelectrode to a desorption site of the second dye to further form a dye layer. , Manufacturing method of dye-sensitized solar cell.
제 10항에 있어서, 상기 염료를 흡착하기 이전의 2층 이상의 적층구조의 금속산화물 나노입자층은,
서로 같거나 다른 종류의 금속산화물 나노입자를 포함하는 제1 및 제2의 금속산화물 나노입자 페이스트를 이용하여 투명 전도성 기판 위에 형성된 블록킹층 위에 순차적으로 도포하고 열처리하여 이중 적층 구조의 금속산화물 나노입자층을 형성하거나, 또는
상기 제1 및 제2의 금속산화물 나노입자 페이스트와 같거나 다른 1종 이상의 금속 산화물 나노입자 페이스트를 이용하여 상기 이중 적층 구조의 금속산화물 나노입자층 위에 도포하고 열처리하는 과정을 1회 이상 반복 수행하여 형성되는, 염료감응 태양전지의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the metal oxide nanoparticle layer of the laminated structure of two or more layers before adsorbing the dye,
The first and second metal oxide nanoparticle pastes containing the same or different kinds of metal oxide nanoparticles are sequentially applied on a blocking layer formed on a transparent conductive substrate and heat treated to sequentially form a metal oxide nanoparticle layer having a double stacked structure. Or
It is formed by repeating one or more steps of applying and heat-treating the metal oxide nanoparticle layer of the double layered structure using one or more metal oxide nanoparticle pastes that are the same as or different from the first and second metal oxide nanoparticle pastes. Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell.
제 10항에 있어서, 상기 광산란층은 평균입경이 100nm 내지 2000nm인 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트, 바인더 수지 및 용매를 상기 금속산화물 나노입자층 위에 도포하고 열처리하여 형성하는, 염료감응 태양전지의 제조방법.The dye-sensitized method of claim 10, wherein the light scattering layer is formed by applying a metal oxide nanoparticle paste, a binder resin, and a solvent including metal oxide nanoparticles having an average particle diameter of 100 nm to 2000 nm on the metal oxide nanoparticle layer and performing heat treatment. Manufacturing method of solar cell. 제 10항에 있어서, 상기 블록킹층은 투명 전도성 기판의 일면에 금속 산화물 전구체 또는 금속산화물 나노입자 용액을 스핀 코팅하여 형성하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 10, wherein the blocking layer is formed by spin coating a metal oxide precursor or a metal oxide nanoparticle solution on one surface of a transparent conductive substrate. 제 15항에 있어서, 상기 열처리는 400 내지 550 ℃에서 10 내지 120분 동안 수행하는 것인 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 15, wherein the heat treatment is performed at 400 to 550 ° C. for 10 to 120 minutes. 제1항 또는 제10항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되고,
투명 전도성 기판 위에 형성되며, 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층 및 광산란층을 포함하는 광전극,
상기 광전극에 대향 배치되며, 투명 전도성 기판 위에 형성된 백금층을 포함하는 상대전극, 및
상기 광전극과 상대전극 사이를 충진하는 전해질을 포함하며,
상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은, 서로 다른 파장을 갖는 2이상의 염료가 각각 흡착된 2이상의 적층 구조의 염료층을 포함하는, 다중 적층 염료를 갖는 염료감응 태양전지.
Prepared by the method of claim 1,
A photoelectrode formed on the transparent conductive substrate and including a metal oxide nanoparticle layer and a light scattering layer to which dye is adsorbed,
A counter electrode disposed opposite the photoelectrode and including a platinum layer formed on a transparent conductive substrate;
An electrolyte filling between the photoelectrode and the counter electrode,
The dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer is a dye-sensitized solar cell having a multi-layered dye, comprising a dye layer of two or more laminated structures each of two or more dyes having different wavelengths are adsorbed.
제 18항에 있어서, 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은,
한 층으로 형성된 금속산화물 나노입자층에서 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 적층구조로 흡착되어 있거나, 또는
2층 이상으로 형성된 금속산화물 나노입자층에서 서로 다른 파장을 갖는 2 이상의 염료가 각층에 별도로 흡착되어 2층 이상의 염료층을 가지는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 18, wherein the dye is adsorbed metal oxide nanoparticle layer,
In the metal oxide nanoparticle layer formed of one layer, two or more dyes having different wavelengths are adsorbed in a stacked structure, or
2 or more dyes having different wavelengths in the metal oxide nanoparticle layer formed of two or more layers are adsorbed separately to each layer to have two or more layers of dye-sensitized solar cell.
제 18항에 있어서, 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은 금속 착화합물, 무기 염료 및 유기 염료로 이루어진 군에서 선택되는 염료를 포함하는, 염료감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 18, wherein the dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer comprises a dye selected from the group consisting of metal complexes, inorganic dyes, and organic dyes. 제 20항에 있어서, 상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층은
금속 착화합물, 무기 염료 및 유기 염료로 이루어진 군에서 선택되는 염료와, 파장이 같거나 다른 염료를 더 포함하는, 염료감응 태양전지.
The method of claim 20, wherein the dye-adsorbed metal oxide nanoparticle layer is
A dye-sensitized solar cell further comprising a dye selected from the group consisting of metal complexes, inorganic dyes and organic dyes, and dyes having the same or different wavelengths.
제 18항에 있어서, 상기 염료가 흡착된 금속산화물의 나노입자층에서 금속산화물 나노입자는 평균입경이 1nm 내지 80nm이며, 타이타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 징크(Zn)산화물, 인듐(In)산화물, 란타넘(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브데넘(Mo)산화물, 텅스텐(W)산화물, 틴(Sn)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트늄(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 및 스트론튬타이타늄(SrTi)산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 같거나 다른 종류의 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는, 염료감응 태양전지.19. The method of claim 18, wherein the metal oxide nanoparticles in the nanoparticle layer of the metal oxide on which the dye is adsorbed have an average particle diameter of 1nm to 80nm, titanium (Ti) oxide, zirconium (Zr) oxide, strontium (Sr) oxide, zinc ( Zn) oxide, indium (In) oxide, lanthanum (La) oxide, vanadium (V) oxide, molybdenum (Mo) oxide, tungsten (W) oxide, tin (Sn) oxide, niobium (Nb) oxide, Magnesium (Mg) oxide, aluminum (Al) oxide, yttrium (Y) oxide, scandium (Sc) oxide, samarium (Sm) oxide, gallium (Ga) oxide, and strontium titanium (SrTi) oxide selected from the group consisting of A dye-sensitized solar cell comprising one or more kinds of metal oxides of the same or different kind. 제 18항에 있어서, 상기 광산란층은 평균입경이 100nm 내지 2000nm이며, 타이타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 징크(Zn)산화물, 인듐(In)산화물, 란타넘(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브데넘(Mo)산화물, 텅스텐(W)산화물, 틴(Sn)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트늄(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 및 스트론튬타이타늄(SrTi)산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속산화물을 포함하는, 염료감응 태양전지.The method of claim 18, wherein the light scattering layer has an average particle diameter of 100nm to 2000nm, titanium (Ti) oxide, zirconium (Zr) oxide, strontium (Sr) oxide, zinc (Zn) oxide, indium (In) oxide, lanthanum (La) oxide, vanadium (V) oxide, molybdenum (Mo) oxide, tungsten (W) oxide, tin (Sn) oxide, niobium (Nb) oxide, magnesium (Mg) oxide, aluminum (Al) oxide, Dye-sensitized solar cell, comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of yttrium (Y) oxide, scandium (Sc) oxide, samarium (Sm) oxide, gallium (Ga) oxide, and strontium titanium (SrTi) oxide . 제 18항에 있어서,
상기 염료가 흡착된 금속산화물 나노입자층의 두께는 2μm 내지 50μm 인, 염료감응 태양전지.
19. The method of claim 18,
The dye-sensitized metal oxide nanoparticle layer has a thickness of 2μm to 50μm, dye-sensitized solar cell.
제 18항에 있어서, 상기 광산란층의 두께는 2μm 내지 10μm 인, 염료감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 18, wherein the light scattering layer has a thickness of 2 μm to 10 μm.
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