KR101184189B1 - Dye-sensitized solar cell and photoanode thereof - Google Patents
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Abstract
염료감응 태양전지, 그 것들의 광양극, 및 이를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 염료감응 태양전지의 광양극은 두 종류의 유기감응염료를 흡수하는 다공성 반전도성 층으로 제조되며, 상기 유기감응염료는 하기 화학식 (I)로 나타낸다:
<화학식 (I)>
상기의 식에서, D1, D2, R1, R2, R3, R4, B, 및 n 는 본 명세서 내에서 정의된 바와 같다.
이러한 두 종류의 유기감응염료는 비교되는 흡수 피크를 가지므로, 본 발명의 광양극은 더 큰 파장 길이 범위를 갖는 태양 스펙트럼을 흡수할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광양극을 사용하는 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전변환 효율을 가진다. Dye-sensitized solar cells, photoanodes thereof, and methods of making the same are disclosed. The photoanode of the dye-sensitized solar cell of the present invention is made of a porous semiconducting layer that absorbs two types of organosensitive dyes, which are represented by the following general formula (I):
<Formula (I)>
In the above formula, D 1 , D 2 , R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , B, and n are as defined herein.
Since these two types of organic sensitizers have comparable absorption peaks, the photoanode of the present invention can absorb the solar spectrum with a larger wavelength length range. Therefore, the dye-sensitized solar cell using the photoanode of the present invention has excellent photoelectric conversion efficiency.
Description
본 발명은 다양한 감응 염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층으로 제조된 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell, DSC)를 위한 신규한 광양극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 유기 감응 염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층으로 제조된 DSC를 위한 광양극에 관한 것이다.
The present invention relates to a novel photoanode for dye-sensitized solar cells (DSCs) made of porous semiconducting layers that continuously absorb various sensitive dyes, and more particularly various organic sensitive dyes. A photoanode for a DSC made of a porous semiconducting layer that absorbs continuously.
산업기술의 발달과 더불어, 오늘날 전 세계 인류는 에너지 위기와 환경오염이라는 매우 심각한 두 문제에 직면하였다. 전 세계적인 에너지 위기를 해결하고 환경오염을 감소시키기 위한 효과적인 수단들 중의 하나는 태양 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있는 태양전지다. 이러한 태양전지 중에서 염료감응 태양전지는 낮은 생산 비용, 대량 생산, 큰 유동성, 광투과율 및 빌딩에의 적용가능성 등과 같은 우수한 특성 때문에 염료감응 태양전지의 적용은 점점 더 전도유망해지고 있다.With the development of industrial technology, humans all over the world today faced two very serious problems: energy crisis and environmental pollution. One of the effective means to solve the global energy crisis and reduce environmental pollution is solar cells that can convert solar energy into electrical energy. Among these solar cells, dye-sensitized solar cells have become increasingly promising due to their excellent properties such as low production cost, mass production, large fluidity, light transmittance and applicability to buildings.
최근 몇 년간, Gratzel 등은 염료감응 태양전지의 실용성을 보여주는 염료감응 태양전지에 관한 일련의 논문(예를 들어, O’Regan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737)을 발표하였다. 염료감응 태양전지의 일반적인 구조는 양극, 음극, 나노 크기의 TiO2, 염료 및 전해질로 구성되는데, 이 중에서 염료는 염료감응 태양전지의 전환 효율성에 매우 중요한 역할을 수행한다. 염료감응 태양전지에 적합한 상기 염료는 넓은 범위의 흡수 스팩트럼, 높은 몰 흡수 계수, 열 안정성 및 광 안정성의 특성을 가져야만 한다.In recent years, Gratzel et al. Published a series of papers on dye-sensitized solar cells that demonstrate the practicality of dye-sensitized solar cells (eg, O'Regan, B .; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737). . The general structure of a dye-sensitized solar cell is composed of an anode, a cathode, nano-sized TiO2, a dye and an electrolyte, among which dye plays a very important role in the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell. The dyes suitable for dye-sensitized solar cells should have a broad range of absorption spectra, high molar absorption coefficients, thermal stability and light stability.
현재 류테늄 착화합물은 가장 높은 전환 효율을 갖는 감응 염료이다. 그러나, 류테늄 착화합물의 제조비용은 높고, 류테늄 착화합물이 널리 사용될 때 그 공급량이 부족해지는 문제가 생길 수 있다. 유기 감응 염료는 높은 몰 흡수 계수의 이점을 갖는다. 게다가, 분자 설계를 통한 다양한 유기 감응 염료를 생산하는 것이 가능하다. 그러므로 다른 색상들을 갖는 염료감응 태양전지는 염료감응 태양전지의 적용 유연성을 향상시키기 위하여 다른 유기 감응 염료의 사용에 의해 제조될 수 있다. 부가적으로, 물건의 색상과 맞추기 위하여 염료감응 태양전지의 색상을 변화시키는 것은 또한 가능하다. 현재, 염료 유도체들은, 예를 들어 쿠마린(Coumarin)(Hara, K.; Sayama, K.; Arakawa, H.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Sug, S. Chem. Commun., 2001, 569), 인돌린(Indoline)(Horiuchi, T.; Miura, H.; Sumioka, K.; Uchida, S. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126 (39), 12218) 및 메로사이아닌(Merocyanine)(Otaka, H.; Kira, M.; Yano, K.; Ito, S.; Mitekura, H.; Kawata, T.; Matsui, F. J. Photochem.Photobiol. A: Chem.; 2004, 164, 67), 염료감응 태양전지의 제조에서 이미 적용되고 있다.Currently ruthenium complexes are sensitizing dyes with the highest conversion efficiencies. However, the manufacturing cost of the ruthenium complex is high, and when the ruthenium complex is widely used, there may be a problem that the supply is insufficient. Organic sensitizing dyes have the advantage of high molar absorption coefficients. In addition, it is possible to produce a variety of organic sensitizing dyes through molecular design. Therefore, dye-sensitized solar cells with different colors can be produced by the use of other organic-sensitive dyes to improve the application flexibility of the dye-sensitized solar cells. In addition, it is also possible to change the color of the dye-sensitized solar cell to match the color of the article. Currently, dye derivatives are described, for example, in Coumarin (Hara, K .; Sayama, K .; Arakawa, H .; Ohga, Y .; Shinpo, A .; Sug, S. Chem. Commun., 2001, 569), Indoline (Horiuchi, T .; Miura, H .; Sumioka, K .; Uchida, SJ Am. Chem. Soc., 2004, 126 (39), 12218) and Merocyanine (Otaka, H .; Kira, M .; Yano, K .; Ito, S .; Mitekura, H .; Kawata, T .; Matsui, FJ Photochem. Photobiol.A: Chem .; 2004, 164, 67), It is already applied in the manufacture of dye-sensitized solar cells.
그렇지만, 유기감응염료가 흡수할 수 있는 파장 범위는 좁기 때문에 태양 스팩트럼 내의 에너지의 아주 적은 양만이 사용될 수 있다. 그러므로 유기감응염료로 제조되는 염료감응 태양전지의 광전변환 효율은 제한되고 향상되기 어렵다. 최근에, Gratzel 등은 염료감응 태양전지의 광전변환 효율이 한가지의 유기염료로 제조되는 염료감응 태양전지와 비교할 때 두 종류의 유기염료가 함께 흡수되는 공동 흡수 방법(co-absorption process)을 통하여 향상될 수 있다는 내용을 발표하였다. (Kung D.; Walter P.; Nuesch F.; Kim S.; Ko J.; Comte P.; Zakeeruddin S. M.; Zakeeruddin M. K.; Gratzel, M. Langmuir 2007, 10906-10909). 부가적으로, 일본 도시바 기업은 유기염료와 무기염료를 사용하여 공동흡수방법(co-absorption process)을 통하여 제조된 염료감응 태양전지가 광전변환 효율을 향상시킨다는 내용을 발표했다(JP 2000-195569).However, only a small amount of energy in the solar spectrum can be used because the wavelength range that the organodyes can absorb is narrow. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell made of an organic sensitizer is limited and difficult to improve. Recently, Gratzel et al. Have improved the photoelectric conversion efficiency of dye-sensitized solar cells through a co-absorption process in which two types of organic dyes are absorbed together as compared to dye-sensitized solar cells made of one organic dye. Announced that it could be. (Kung D .; Walter P .; Nuesch F .; Kim S .; Ko J .; Comte P .; Zakeeruddin S. M .; Zakeeruddin M. K .; Gratzel, M. Langmuir 2007, 10906-10909). Additionally, Toshiba Corporation announced that dye-sensitized solar cells manufactured through co-absorption processes using organic and inorganic dyes improve photoelectric conversion efficiency (JP 2000-195569). .
적절한 감응 염료들을 사용하는 공동흡수방법(co-absorption process)은 염료감응 태양전지의 광전변환 효율에 매우 큰 영향을 준다. 그러므로, 염료감응 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기 위하여 공동으로 흡수되는 감응 염료의 조합을 제공하는 것이 바람직하다.
The co-absorption process using suitable sensitizing dyes has a great impact on the photoelectric conversion efficiency of dye sensitized solar cells. Therefore, it is desirable to provide a combination of sensitizing dyes that are jointly absorbed in order to improve the photoelectric conversion efficiency of dye-sensitized solar cells.
본 발명의 목적은 두 종류 이상의 감응 염료들을 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 염료감응 태양전지용 신규 광양극을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a novel photoanode for dye-sensitized solar cells, which produces a porous semiconducting layer that continuously absorbs two or more kinds of sensitizing dyes.
본 발명의 다른 목적은 두 종류 이상의 유기감응염료들을 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 염료감응 태양전지용 신규 광양극을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel photoanode for dye-sensitized solar cells, which manufactures a porous semiconducting layer that continuously absorbs two or more types of organosensitive dyes.
본 발명의 다른 목적은 두 종류 이상의 감응염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 신규 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a novel dye-sensitized solar cell for producing a porous semiconducting layer that continuously absorbs two or more kinds of sensitizing dyes.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 두 종류 이상의 유기감응염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 신규 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다. Furthermore, another object of the present invention is to provide a novel dye-sensitized solar cell, which manufactures a porous semiconducting layer that continuously absorbs two or more types of organosensitive dyes.
본 발명의 염료감응 태양전지에 사용되는 염료 화합물의 최대 흡수 파장은 서로 간에 상호 보완적이며, 그래서 상기 염료 화합물은 태양 스팩트럼의 더 큰 파장 범위에서 흡수될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전 특성을 나타낸다. The maximum absorption wavelengths of the dye compounds used in the dye-sensitized solar cells of the present invention are complementary to each other, so that the dye compounds can be absorbed in a larger wavelength range of the solar spectrum. Therefore, the dye-sensitized solar cell of the present invention exhibits excellent photoelectric properties.
본 발명은 또한 염료감응 태양전지를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 제조된 염료감응 태양전지는 더 나은 광전변환 효율을 나타낸다.
The present invention also provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, wherein the prepared dye-sensitized solar cell exhibits better photoelectric conversion efficiency.
본 발명의 광양극은 투명한 기판, 투명한 전도 층, 다공성의 반전도성 층 및 염료 화합물들로 구성된다.The photoanode of the present invention consists of a transparent substrate, a transparent conductive layer, a porous semiconducting layer and dye compounds.
본 발명의 광양극은 기판의 물질이 투명한 물질인 한, 투명한 기판의 물질은 특별하게 제한되지 않는다. 바람직하게도, 투명한 기판의 물질은 좋은 내습성, 내용매성, 내후성을 갖는 투명한 물질이다. 그러므로, 염료감응 태양전지는 투명 기판에 의하여 외부로부터의 습기나 가스에 저항할 수 있다. 투명한 기판의 특별한 예들은 석영 및 유리와 같은 투명한 무기 기판; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌2,6-나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리이미드(PI)와 같은 투명한 플라스틱 기판을 포함하고, 이에 제한되는 것은 아니다. 추가적으로, 투명한 기판의 두께는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 투과도 및 염료감응 태양전지의 특성에 관한 요구에 따라 변할 수 있다. 바람직하게도, 투명한 기판의 물질은 유리이다.The photoanode of the present invention is not particularly limited as long as the material of the substrate is a transparent material. Preferably, the material of the transparent substrate is a transparent material having good moisture resistance, solvent resistance and weather resistance. Therefore, the dye-sensitized solar cell can resist moisture or gas from the outside by the transparent substrate. Specific examples of transparent substrates include transparent inorganic substrates such as quartz and glass; Transparent plastic substrates such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene 2,6-naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyimide (PI) It is not limited. In addition, the thickness of the transparent substrate is not particularly limited and may vary depending on the requirements regarding the transmittance and the characteristics of the dye-sensitized solar cell. Preferably, the material of the transparent substrate is glass.
더 나아가, 본 발명의 광양극에서, 투명한 전도 층의 물질은 산화인듐주석(ITO), 불소첨가 산화주석(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 또는 주석 산화물일 수 있다. Furthermore, in the photoanode of the present invention, the material of the transparent conductive layer may be indium tin oxide (ITO), fluorinated tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 or tin oxide. .
추가로, 본 발명의 광양극에서, 다공성의 반전도성 층은 반도체 입자들로 구성될 수 있다. 적절한 반도체 물질은 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, 또는 그것들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게도, 상기 반도체 물질은 TiO2 물질이다. 상기 반도체 물질의 평균 직경은 5 내지 500 nm일 수 있다. 바람직하게도, 상기 반도체 물질의 평균 직경은 10 내지 50 nm일 수 있다. 더 나아가, 다공성의 반전도성 층의 두께는 5~25 μm이다.In addition, in the photoanode of the present invention, the porous semiconducting layer may be composed of semiconductor particles. Suitable semiconductor materials may include Si, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , or mixtures thereof. Preferably, the semiconductor material is a TiO 2 material. The average diameter of the semiconductor material may be 5 to 500 nm. Preferably, the average diameter of the semiconductor material may be 10 to 50 nm. Furthermore, the thickness of the porous semiconducting layer is 5-25 μm.
본 발명의 광양극에 따르면, 상기 염료는 하기와 같이 구성된다:According to the photoanode of the invention, the dye consists of:
(a) 하기 화학식 (I)로 나타내는 제1 유기감응염료 또는 그것들의 염,
<화학식 (I)>(a) the first organic sensitizer represented by the following general formula (I) or salts thereof,
<Formula (I)>
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상기 <화학식 (I)>에서,In <Formula (I)>,
R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이고, n은 1, 2 또는 3의 정수임;R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy or halogen, n is an integer of 1, 2 or 3;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, , , 또는 이거나, D1, D2 및 N의 결합은 모여서 , 또는 을 형성하고, 상기의 식에서, R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노 또는 할로겐이며, R9, R12 및 R15는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬임;D 1 and D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl, , , or Or a combination of D 1 , D 2 and N , or Wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 and R 14 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy , Amino or halogen, R 9 , R 12 and R 15 are each independently H or C 1 to C 12 Alkyl;
B는 , , , , , 또는 이고, 상기 R16, R17 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이며, R19, R20, R21 및 R22 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se임; 및B is , , , , , or R 16 , R 17, and R 18 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, and R 19 , R 20 , R 21, and R 22 are each independently H, or C 1 -C 12 alkyl, Z is O, S, or Se; And
(b)상기 제1 유기감응염료(a)와의 최대흡수파장의 차이가 50 nm이상인 제2 유기감응염료.(b) The second organic sensitizing dye having a difference in maximum absorption wavelength from the first organic sensitizing dye (a) of 50 nm or more.
상기 화학식 (I)에서, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, n은 1, 2, 또는 3이다. 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이고, n은 1 또는 2이다. 더 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬 또는 C1~C12 알콕시이고, n은 1 또는 2이다. 더 나아가 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬 또는 C1~C12 알콕시이고, n은 1이다. 가장 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, n은 1이다.In formula (I), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, n is 1, 2, or 3 to be. Preferably, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy or halogen and n is 1 or 2. More preferably, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl or C 1 -C 12 alkoxy, n is 1 or 2. Further preferably, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl or C 1 -C 12 alkoxy, n is 1. Most preferably, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently H or C 1 to C 12 alkyl, and n is 1.
상기 화학식 (I)에서, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, , , 또는 이거나, D1, D2 및 N의 결합은 모여서 , , 또는 을 형성하고(예를 들어, C4~C6 사이클로헤테로 알킬렌), 상기 R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13, 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이고, R9, R12, 및 R15 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이다. 바람직하게도, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, , 또는 이며, 상기 R5, R6, R7, 및 R8는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이고, R9 는 H이며, 또는 C1~C12 알킬이다. 더 바람직하게도, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, 또는 이며, 상기 R5, R6, R7, 및 R8는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시이고, R9는 H 또는 C1~C12 알킬이다. 가장 바람직하게도, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, 또는 이고, 상기 R5, R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이다.In Formula (I), D 1 and D 2 are each independently C 1 ~ C 12 alkyl, , , or Or a combination of D 1 , D 2 and N , , or (E.g., C4-C6 cycloheteroalkylene), wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 , and R 14 are each independently H, C 1 ˜C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, amino, or halogen, and R 9 , R 12 , and R 15 are each independently H, or C 1 -C 12 alkyl. Preferably, D 1 And D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl, , or R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, amino, or halogen, R 9 is H, or C 1 ˜C 12 alkyl. More preferably, D 1 And D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl, or R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, or C 1 -C 12 alkoxy, and R 9 is H or C 1 -C 12 alkyl. Most preferably, D 1 And D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl, or R 5 , R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are each independently H or C 1 to C 12 alkyl.
추가로, 본 발명의 한 측면에 따르면, 상기 화학식 (I)에서, D1, 및 D2 는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬 또는 일 수 있고, 상기 R5, R6 및 R7는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이다. 바람직하게도 D1 및 D2에서 R5, R6 및 R7는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시이다. 더 바람직하게는, D1 및 D2에서 R5, R6 및 R7는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이다. 가장 바람직하게도, D1 및 D2에서 R5는 H이며, R6 및 R7는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬이다. 가장 바람직하게도, D1 및 D2에서 R5는 H이고, R6, 및 R7는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬이다.In addition, according to one aspect of the present invention, in formula (I), D 1 , and D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl or And R 5 , R 6 and R 7 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, amino, or halogen. Preferably R 5 , R 6 and R 7 in D 1 and D 2 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, or C 1 -C 12 alkoxy. More preferably, R 5 , R 6 and R 7 in D 1 and D 2 are each independently H, or C 1 -C 12 alkyl. Most preferably, in D 1 and D 2 R 5 is H and R 6 and R 7 are each independently C 1 -C 12 alkyl. Most preferably, in D 1 and D 2 R 5 is H and R 6 , and R 7 are each independently C 1 -C 12 alkyl.
상기 화학식 (I)에서, B는 , , , , , , 또는 일 수 있으며, 상기 R16, R17, 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19, R20, R21 및 R22는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 O, S, 또는 Se이다. 바람직하게도, B는 , 또는 이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19, 및 R22 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se이다. In the formula (I), B is , , , , , , or Wherein R 16 , R 17 , and R 18 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, and R 19 , R 20 , R 21, and R 22 are Each independently is H or C 1 -C 12 alkyl, and Z is O, S, or Se. Preferably, B is , or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, R 19 , and R 22 are each independently H, or C 1 -C 12 alkyl, and Z is O , S, or Se.
더 바람직하게도, B는 , 또는 이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이며, R19, 및 R22는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 S이다. 가장 바람직하게도, B는 , 또는 이고, 상기 R16, R19, 및 R22 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 S이다.More preferably, B is , or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, R 19 , and R 22 are each independently H, or C 1 -C 12 alkyl, and Z is S to be. Most preferably, B is , or R 16 , R 19 , and R 22 are each independently H, or C 1 -C 12 alkyl, and Z is S.
추가로, 본 발명의 다른 한 측면에 따르면, 상기 화학식(I)에서, B는 또는 이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19 는 H, 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 O, S, 또는 Se이다. 바람직하게도 B는 , 또는 이고, 상기 R16 는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19는 H, 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 S이다. 더 바람직하게, B는 또는 이고, 상기 R16 는 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시이고, R19는 H, 또는 C1~C12 알킬, Z는 S이다. 더 나아가 더 바람직하게도, B는 , 또는 이고, 상기 R16, 및 R19는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬, Z는 S이다. 가장 바람직하게도, B는 또는 이고, 상기 R16 및 R19 는 H이고, Z는 S이다.Furthermore, according to another aspect of the invention, in the formula (I), B is or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, R 19 is H, or C 1 -C 12 alkyl, and Z is O, S, or Se. Preferably B is , or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, R 19 is H, or C 1 -C 12 alkyl, and Z is S. More preferably, B is or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, or C 1 -C 12 alkoxy, R 19 is H, or C 1 -C 12 alkyl, Z is S. Furthermore, more preferably, B is , or R 16 and R 19 are each independently H, or C 1 to C 12 alkyl, and Z is S. Most preferably, B is or Wherein R 16 and R 19 are H and Z is S.
상기 화학식 (I)에 의해 나타내는 제1 유기감응염료의 특별한 예는 다음과 같다:Particular examples of the first organodye represented by the formula (I) are as follows:
(I-1)(I-1)
(I-2)(I-2)
(I-3)(I-3)
(I-4)(I-4)
(I-5)(I-5)
(I-6)
(I-6)
제2 유기감응염료(b)의 특별한 예들은 다음과 같다:Specific examples of the second organic sensitizer (b) are as follows:
(Ⅱ-1)(II-1)
(Ⅱ-2)(II-2)
본 발명에서, 감응염료의 분자는 유리산의 형태로 존재한다. 그러나 감응염료의 실제적인 형태는 염일 수 있고, 아마도, 알칼리 금속염 또는 제사암모늄염일 수 있다.In the present invention, the molecules of the sensitizing dye are in the form of the free acid. However, the actual form of the sensitizing dye may be a salt, perhaps an alkali metal salt or a quaternary ammonium salt.
본 발명의 염료감응 태양전지는 광양극, 음극 및 광양극과 음극 사이에 배치된 전해질 층으로 구성된다.The dye-sensitized solar cell of the present invention is composed of a photoanode, a cathode, and an electrolyte layer disposed between the photoanode and the cathode.
본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 광양극은 전술한 광양극이다.In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the photoanode is the photoanode described above.
추가로, 염료감응 태양전지용 음극 소재는 특별하게 제한되지 않으며, 어떤 전도성 소재를 포함할 수 있다. 반면, 광양극과 마주보고 있는 음극의 표면에 형성된 전도 층이 있는 한 음극 소재는 내열성 소재일 수 있다. 전기화학적 안정성을 갖는 어떠한 소재는 음극 소재로 사용될 수 있다. 음극 소재에 적합한 예는 Pt, Au, C 등이 있으며, 이에 제한되지 않는다. In addition, the negative electrode material for the dye-sensitized solar cell is not particularly limited and may include any conductive material. On the other hand, as long as there is a conductive layer formed on the surface of the cathode facing the photoanode, the negative electrode material may be a heat resistant material. Any material with electrochemical stability can be used as the negative electrode material. Suitable examples of the negative electrode material include, but are not limited to, Pt, Au, C, and the like.
더 나아가, 염료감응 태양전지의 전해질 층에 사용된 물질은 특별하게 제한되지 않으며, 그 물질이 전자 및/또는 정공을 전달할 수 있는 것이라면 어떠한 물질이라도 가능하다. Furthermore, the material used in the electrolyte layer of the dye-sensitized solar cell is not particularly limited, and any material may be used as long as the material can transfer electrons and / or holes.
다른 한편으로, 본 발명은 또한 하기의 단계로 구성된 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다: On the other hand, the present invention also provides a method for producing a dye-sensitized solar cell consisting of the following steps:
(1) 전술한 광양극을 제공하는 단계; (2) 제2 기판을 제공하는 단계; (3) 제2 기판상에 금속 층을 형성하는 단계; (4) 반전도성 층이 상기 금속 층과 마주보고 있고, 상기 광양극과 상기 제2 기판 사이에 공간부가 형성되도록, 상기 광양극과 상기 제2 기판을 구성하는 단계; (5) 상기 공간부에 전해질을 채우는 단계; 및 (6) 상기 공간부를 실링하는 단계.
(1) providing the aforementioned photoanode; (2) providing a second substrate; (3) forming a metal layer on the second substrate; (4) configuring the photoanode and the second substrate such that a semiconductive layer faces the metal layer and a space portion is formed between the photoanode and the second substrate; (5) filling an electrolyte in the space part; And (6) sealing the space part.
본 발명의 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전 특성 및 광전변환 효율을 갖는다.The dye-sensitized solar cell of the present invention has excellent photoelectric properties and photoelectric conversion efficiency.
본 발명의 하기 화학식(I)로 나타내는 유기감응염료는 하기 도식 1에 따라 합성될 수 있다.The organic sensitizer represented by the following general formula (I) of the present invention may be synthesized according to Scheme 1 below.
[도식 1][Scheme 1]
(i) (i) KOtBuKOtBu /Of KK 22 COCO 33 , 1,4-디옥산)/, 1,4-dioxane) / DMFDMF . .
(( iiii ) ) PdClPdCl 22 (( dppfdppf ), 5-), 5- 포르밀Formyl -2-싸이오펜보론산(5-2-thiophenboronic acid (5- formylformyl -2--2- thiopheneboronicthiopheneboronic acid) 또는 4- acid) or 4- 포르밀페닐보론산Formylphenylboronic acid (4-(4- formylphenylboronicformylphenylboronic acidacid ), ), KK 22 COCO 33 , , CHCH 33 OHOH / 톨루엔.Toluene.
((
iiiiii
) )
시아노아세트산Cyanoacetic acid
((
cyanoaceticcyanoacetic
acidacid
), 피페리딘(), Piperidine (
piperidinepiperidine
), ),
CHCH
33
CNCN
..
도식 1에서 보는 바와 같이, 7-브로모-9H-플루오렌-2-일아민(7-bromo-9H-fluoren-2-ylamine)은 1-아이오드부탄(1-iodobutane)과 반응하여 (7-브로모-9,9-디부틸-9H-플루오렌-2-일)-디부틸아민((7-bromo-9,9-dibutyl-9H-fluoren-2-yl)-dibutylamine)(21)을 생성한다. 그리고 나서, 스즈키 커플링반응은 (7-브로모-9,9-디부틸-9H-플루오렌-2-일)-디부틸아민(21)과 5-포르밀-2-싸이오펜보론산과의 반응으로 수행되며, 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드 (5-(9,9-Dibutyl-7-dibutylamino-9H-fluoren-2-yl)-thiophene-2-carbaldehyde)(22a)를 생산한다. 마지막으로, 아세토니트릴에서, 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드(22a)는 시아노아세트산과 반응하며 여기에 촉매로는 피페리딘을 사용하여, 2-시아노-3-[5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-일]-아크릴산(2-cyano-3-[5-(9,9-dibutyl-7-dibutylamino-9H-fluoren-2-yl)-thiophen-2-yl]-acrylic acid)(I-1)을 생산한다.As shown in Scheme 1, 7-bromo -9 H - fluoren-2-ylamine (7-bromo-9 H -fluoren -2-ylamine) is reacted with 1-butane iodide (1-iodobutane) (7-bromo-9,9-dibutyl -9 H-fluoren-2-yl) dibutylamine ((7-bromo-9,9- dibutyl-9 H -fluoren-2-yl) -dibutylamine (21). Then, the Suzuki coupling reaction (7-bromo-9,9-dibutyl -9 H-fluoren-2-yl) dibutylamine 21 and the 5-formyl-2-thiophene boronic acid the reaction is carried out with the reaction of 5- (9,9-dibutyl-7-dibutyl-amino -9 H-fluoren-2-yl) thiophene-2-carbaldehyde (5- (9,9-dibutyl -7-dibutylamino-9 H -fluoren-2-yl) -thiophene-2-carbaldehyde) (22a). Finally, in acetonitrile, 5- (9,9-dibutyl-7-dibutylamino-9 H -fluoren-2-yl) -thiophene-2-carbaldehyde (22a) is combined with cyanoacetic acid. Reacted with piperidine as a catalyst, and 2-cyano-3- [5- (9,9-dibutyl-7-dibutylamino-9 H -fluoren-2-yl) -cy 2-yl] -acrylic acid (2-cyano-3- [5- (9,9-dibutyl-7-dibutylamino-9 H -fluoren-2-yl) -thiophen-2-yl] -acrylic acid) ( To produce I-1).
화학식 (II-1) 및 (II-2)으로 나타내는 유기감응염료는 상업적으로 이용 가능하다.Organic dyes represented by the formulas (II-1) and (II-2) are commercially available.
본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하는 방법은 특별하게 제한되지 않으며, 본 발명의 염료감응 태양전지는 본 발명의 분야에서 잘 알려진 전형적인 방법으로 제조될 수 있다. The method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention is not particularly limited, and the dye-sensitized solar cell of the present invention may be manufactured by a typical method well known in the art.
투명한 기판의 소재는 기판의 소재가 투명한 물질인 한 특별하게 제한되는 것은 아니다. 바람직하게도, 투명한 기판의 소재는 좋은 내습성, 내용매성 및 내후성을 갖는 투명한 소재이다. 그러므로, 염료감응 태양전지는 투명한 기판으로 인해 외부의 습기 또는 가스에 견뎌낼 수 있다. 투명한 기판의 특별한 예들은 석영 및 유리와 같은 투명한 무기 기판; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리이미드(PI)와 같은 투명한 플라스틱 기판을 포함하고, 이에 제한되는 것은 아니다. The material of the transparent substrate is not particularly limited as long as the material of the substrate is a transparent material. Preferably, the material of the transparent substrate is a transparent material having good moisture resistance, solvent resistance and weather resistance. Therefore, dye-sensitized solar cells can withstand external moisture or gases due to the transparent substrate. Specific examples of transparent substrates include transparent inorganic substrates such as quartz and glass; Transparent plastic substrates such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene 2,6-naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyimide (PI), It is not limited to this.
추가적으로, 투명한 기판의 두께는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 투과도 및 염료감응 태양전지의 특성에 관한 요구에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예로, 투명한 기판의 소재는 유리 기판이다.In addition, the thickness of the transparent substrate is not particularly limited and may vary depending on the requirements regarding the transmittance and the characteristics of the dye-sensitized solar cell. In a particular embodiment of the invention, the material of the transparent substrate is a glass substrate.
더 나아가, 투명한 전도 층의 소재는 산화인듐주석(ITO), 불소첨가 산화주석(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 또는 주석 산화물일 수 있다. Furthermore, the material of the transparent conductive layer may be indium tin oxide (ITO), fluorinated tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 or tin oxide.
본 발명의 특정 구체예로, 불소첨가 산화주석(FTO)이 투명한 전도 층에 사용된다. In certain embodiments of the invention, fluorinated tin oxide (FTO) is used in the transparent conductive layer.
추가로, 다공성의 반전도성 층은 반도체 입자들로 구성될 수 있다. 적절한 반도체 물질은 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 또는 그것들의 혼합물을 포함할 수 있다. 첫째로, 반도체 입자들은 페이스트 형태로 제조되며, 그 후에 투명한 전도 기판은 상기 페이스트로 코팅된다. 본 발명에서 사용한 코딩공정은 브레이드 코팅(blade coating), 스크린 인쇄(screen printing), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 습윤 코팅(wetting coating)이다. 추가적으로, 상기 코팅은 적절한 두께를 가진 다공성 반전도성 층을 산출하기 위하여 한번 또는 여러 번 시행될 수 있다. 상기 반전도성 층은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있고, 다층인 경우 각각의 층은 다른 직경을 갖는 반도체 입자로 형성된다. 예를 들어, 5 ~ 50 nm의 직경을 갖는 반도체 입자들은 5 ~ 20 μm의 두께로 코팅되고, 그리고 나서 200 ~ 400 nm의 직경을 갖는 반도체 입자들은 3 ~ 5 μm의 두께로 코팅된다. 코팅된 기판을 50~100℃에서 건조시킨 후에, 상기 코팅된 기판은 400~500℃에서 30 분 동안 소결시켜 다층의 반전도성 층을 생산해낸다.In addition, the porous semiconducting layer can be composed of semiconductor particles. Suitable semiconductor materials may include Si, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3, or mixtures thereof. First, the semiconductor particles are made in paste form, and then the transparent conductive substrate is coated with the paste. The coding process used in the present invention is blade coating, screen printing, spin coating, spray coating, or wet coating. In addition, the coating can be carried out once or several times to yield a porous semiconducting layer with an appropriate thickness. The semiconducting layer may consist of a single layer or multiple layers, in which case each layer is formed of semiconductor particles having a different diameter. For example, semiconductor particles having a diameter of 5 to 50 nm are coated to a thickness of 5 to 20 μm, and then semiconductor particles having a diameter of 200 to 400 nm are coated to a thickness of 3 to 5 μm. After the coated substrate is dried at 50-100 ° C., the coated substrate is sintered at 400-500 ° C. for 30 minutes to produce a multilayer semiconducting layer.
유기감응염료는 염료 용액을 제조하기 위해 적절한 용매에 용해될 수 있다. 적절한 용매는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸 포름아미드, N-메틸-2-피롤리디논 또는 그것들의 혼합물을 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서, 반전도성 층으로 코팅된 투명한 기판은 반전도성 층이 염료 용액 상에서 완전히 염료를 흡수하도록 염료를 흡수시킨다. 염료 흡수가 완료된 후, 상기 반전도성 층으로 코팅된 투명한 기판은 빼내어 건조시키면, 염료감응 태양전지용 광양극이 만들어진다.The organodyes can be dissolved in a suitable solvent to prepare a dye solution. Suitable solvents include, but are not limited to, acetonitrile, methanol, ethanol, propanol, butanol, dimethyl formamide, N-methyl-2-pyrrolidinone or mixtures thereof. In this specification, the transparent substrate coated with the semiconducting layer absorbs the dye such that the semiconducting layer absorbs the dye completely on the dye solution. After dye absorption is completed, the transparent substrate coated with the semiconducting layer is taken out and dried to form a photoanode for a dye-sensitized solar cell.
게다가, 염료감응 태양전지용 음극 소재는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 어떠한 전도성 물질을 포함될 수 있다. 반면, 음극의 소재는 광양극과 마주보는 음극의 표면상에서 형성된 전도 층이 있는 한 내열성 소재일 수 있다. 음극 소재는 전기화학적 안정성을 가진 물질일 수 있다. 음극 소재에 적합한 예들은 Pt, Au, C 등이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the negative electrode material for dye-sensitized solar cells is not particularly limited and may include any conductive material. On the other hand, the material of the cathode may be a heat resistant material as long as there is a conductive layer formed on the surface of the cathode facing the photoanode. The negative electrode material may be a material having electrochemical stability. Examples of suitable negative electrode materials include, but are not limited to, Pt, Au, C, and the like.
더 나아가, 염료감응 태양전지의 전해질 층에서 사용된 물질은 특별하게 제한되지 않으며, 전자 및/또는 정공을 운반할 수 있는 어떠한 물질이면 가능하다. 추가로, 액체 전해질은 아이오딘을 포함한 아세토니트릴 용액, 아이오딘을 포함한 N-메틸-2-피롤리디논(N-methyl-2-pyrrolidinone) 용액 또는 아이오딘을 포함한 3-메톡시 프로피오니트릴(3-methoxy propionitrile) 용액일 수 있다. 본 발명의 특정 구체예로, 용액 전해질은 아이오딘을 포함하는 아세토니트릴 용액일 수 있다. Furthermore, the material used in the electrolyte layer of the dye-sensitized solar cell is not particularly limited and may be any material capable of transporting electrons and / or holes. In addition, the liquid electrolyte may be acetonitrile solution containing iodine, N-methyl-2-pyrrolidinone solution containing iodine or 3-methoxy propionitrile containing iodine ( 3-methoxy propionitrile) solution. In certain embodiments of the invention, the solution electrolyte may be an acetonitrile solution comprising iodine.
본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하는 방법의 하나의 특정 구체예는 하기와 같다.One specific embodiment of the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present invention is as follows.
첫째로, 불소첨가 산화주석(FTO)로 덮인 유리 기판은 직경이 20~30 nm인 TiO2 입자들로 이루어진 페이스트로 한번 또는 여러 번 스크린 인쇄법에 의하여 코팅된다. 그리고 나서, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30 분 동안 소결된다.First, a glass substrate covered with fluorinated tin oxide (FTO) is coated by screen printing once or several times with a paste made of TiO 2 particles having a diameter of 20 to 30 nm. The coated glass substrate is then sintered at 450 ° C. for 30 minutes.
유기감응염료는 아세토니트릴과 t-부탄올을 1:1의 부피비로 혼합된 혼합물에 용해되어 염료 용액을 만들어낸다. 그리고 나서, 전술한 다공성의 TiO2 층을 가진 유기 기판은 상기 염료 용액으로 흡수되게 한다. 다공성의 TiO2 층은 상기 염료 용액 내의 유기감응염료를 흡수한 후에, 산출된 유기 기판을 꺼내고 건조시켜 광양극을 만들어낸다. The organodyes are dissolved in a mixture of acetonitrile and t-butanol in a volume ratio of 1: 1 to form a dye solution. Then, the organic substrate having the porous TiO 2 layer described above is allowed to be absorbed into the dye solution. After the porous TiO 2 layer absorbs the organic sensitizer in the dye solution, the resulting organic substrate is taken out and dried to form a photoanode.
불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판에 전해질을 주입할 수 있도록 0.75 μm 직경의 투입구를 만들기 위하여 구멍을 만든다. 그리고 나서, 불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판상에 H2PtCl6의 용액으로 코팅하고, 상기 유리 기판을 400℃에서 15 분 동안 가열하여 음극을 만들어낸다. Holes are made to create a 0.75 μm diameter inlet for injecting electrolyte into a glass substrate covered with fluorinated tin oxide. Then, a glass substrate covered with fluorinated tin oxide is coated with a solution of H 2 PtCl 6 , and the glass substrate is heated at 400 ° C. for 15 minutes to form a cathode.
순차적으로, 60 μm의 두께를 가진 열가소성 중합체 층은 광양극과 음극 사이에 위치한다. 120~140℃에서 상기 두 전극에 압력을 가하여, 양 전극은 서로 부착되게 된다. In turn, a thermoplastic polymer layer having a thickness of 60 μm is located between the photoanode and the cathode. By applying pressure to the two electrodes at 120 to 140 ° C, both electrodes are attached to each other.
그리고 나서, 전해질은 주입되며, 주입되는 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 포함하는 아세토니트릴 용액이다. 투입구가 열가소성 중합체 층으로 실링된 후에 본 발명의 염료감응 태양전지가 만들어지게 된다. The electrolyte is then injected and the electrolyte injected is an acetonitrile solution comprising 0.03 M I2 / 0.3 M LiI / 0.5 M t-butyl-pyridine. After the inlet is sealed with the thermoplastic polymer layer, the dye-sensitized solar cell of the present invention is made.
하기의 실시예들은 본 발명의 설명을 목적으로 실시된 것이다. 그러나, 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구항에 의해 정해져야만 하고, 하기의 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로 이해되어서는 안 된다. 하기의 실시예에서, 화합물은 유리산의 형태로 나타내지만 감응염료의 실제적인 형태는 염일 수 있고, 아마도 알칼리 금속염 또는 제사암모늄염일 수 있다. 추가로, 특별한 설명이 없는 경우, 실시예에서 사용된 무게단위는 중량부 및 중량%이고, 온도는 섭씨온도(℃)이다. 부피비와 중량부와의 관계는 킬로그램과 리터 단위의 관계와 유사하다.The following examples are given for the purpose of illustrating the invention. However, the scope of the present invention should be defined by the claims of the present specification, and the following examples should not be understood in any way as limiting the scope of the present invention. In the examples which follow, the compounds are shown in the form of free acids but the actual form of the sensitizing dye may be a salt, possibly an alkali metal salt or a quaternary ammonium salt. Additionally, unless otherwise specified, the weight units used in the examples are parts by weight and weight percent, and the temperature is degrees Celsius (° C.). The relationship between volume ratio and parts by weight is similar to that between kilograms and liters.
하기 내용에서는, 유기감응염료를 합성하는 방법과 염료감응 태양전지를 제조하는 방법은 자세히 설명하고, 유기감응염료를 합성하는 방법은 전술한 도식 1 설명될 수 있다.
In the following description, a method of synthesizing an organic sensitizer and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell will be described in detail, and a method of synthesizing an organic sensitizer may be described in Scheme 1 described above.
실시예Example 1 One
(7-(7- 브로모Bromo -9,9--9,9- 디부틸Dibutyl -9-9 HH -- 플루오렌Fluorene -2-일)--2 days)- 디부틸아민(21)의Of dibutylamine (21) 합성 synthesis
N2 대기하에서, 7-브로모-9H-플루오렌-2-일아민 0.52 중량부, 1-아이오부탄 2.21 중량부, 포타슘-t-부톡사이드0.67 중량부, 및 포타슘 카보네이트 0.83 중량부를 건조된 디메틸포름아미드 10 중량부 및 1,4-디옥산 10중량부에 첨가한 후 교반하여 혼합한다. 그리고 나서, 상기 반응 혼합물은 95℃까지 가열하고 24 시간 동안 반응시켰다. 상기 반응 혼합물이 식혀진 후에, 상기 반응은 물로 담금질(quenching)하며, 생산물은 디에틸에테르로 추출되고, 탈수과정은 황산마그네슘으로 수행되었다. 용매를 제거한 후에, 잔여물은 용리액으로써 디클로로메탄/헥산을 사용하여 실리카겔 칼럼 내에서 정제되어, 본 실시예의 화합물(21)을 산출해내었다. 상기 화합물은 밝은 황색 고체의 형태였고, 수득율은 83%였다.Under N 2 atmosphere, 0.52 parts by weight of 7-bromo-9 H -fluoren-2-ylamine, 2.21 parts by weight of 1-iobutane, 0.67 parts of potassium-t-butoxide, and 0.83 parts of potassium carbonate were dried. 10 parts by weight of dimethylformamide and 10 parts by weight of 1,4-dioxane are added, followed by stirring and mixing. The reaction mixture was then heated to 95 ° C. and reacted for 24 hours. After the reaction mixture had cooled down, the reaction was quenched with water, the product was extracted with diethyl ether and the dehydration process was performed with magnesium sulfate. After removal of the solvent, the residue was purified in a silica gel column using dichloromethane / hexanes as eluent to yield compound 21 of this example. The compound was in the form of a light yellow solid and the yield was 83%.
실시예Example 2 2
5-(9,9-5- (9,9- 디부틸Dibutyl -7--7- 디부틸아미노Dibutylamino -9-9 HH -- 플루오렌Fluorene -2-일)--2 days)- 싸이오펜Thiophene -2--2- 카르발데히드Carbaldehyde (22a)의 합성 Synthesis of 22a
N2 대기하에서, (7-브로모-9,9-디부틸-9H-플루오렌-2-일)-디부틸아민(21) 0.49 중량부, 5-포르밀-l-2-싸이오펜보론산 0.19 중량부, 포타슘 카보네이트 0.41 중량부 및 PdCl2(dppf) 0.16 중량부를 톨루엔 5 중량부 및 CH3OH 5 중량부에 첨가하여 교반하고 혼합하였다. 그리고 나서, 상기 반응 혼합물은 60℃까지 가열하고 18 시간 동안 반응하였다. 상기 반응은 물로 담금질(quenching)하고, 생산물은 디에틸에테르로 추출되며 황산마그네슘으로 탈수과정이 수행되었다. 용매 제거 후에, 잔여물은 잔여물은 용리액으로써 디클로로메탄/헥산을 사용하여 실리카겔 칼럼 내에서 정제되어, 본 실시예의 화합물(22a)를 산출해내었다. 상기 화합물은 오렌지색 고체의 형태였고, 수득율은 52%였다.
0.49 parts by weight of (7-bromo-9,9-dibutyl-9 H -fluoren-2-yl) -dibutylamine (21) under N 2 atmosphere, 5-formyl-l-2-thiophene 0.19 parts by weight of boronic acid, 0.41 part by weight of potassium carbonate and 0.16 part by weight of PdCl 2 (dppf) were added to 5 parts by weight of toluene and 5 parts by weight of CH 3 OH, followed by stirring and mixing. The reaction mixture was then heated to 60 ° C. and reacted for 18 hours. The reaction was quenched with water, the product was extracted with diethyl ether and dehydrated with magnesium sulfate. After solvent removal, the residue was purified in a silica gel column using dichloromethane / hexane as eluent to yield Compound 22a in this example. The compound was in the form of an orange solid with a yield of 52%.
실시예Example 3 3
4-(9,9-4- (9,9- 디부틸Dibutyl -7--7- 디부틸아미노Dibutylamino -9-9 HH -- 플루오렌Fluorene -2-일)--2 days)- 벤즈알데히드Benzaldehyde (22b)(22b)
본 실시예의 화합물을 제조하는 방법은 화합물(22b)를 산출해 내기 위하여 5-포르밀-2-싸이오펜보론산을 4-포르밀페닐보론산 0.18 중량부로 대체한 것 외에는 실시예 2에서 설명한 내용과 같다. 상기 화합물은 황색 고체 형태였고, 수득률은 61%였다.
The method for preparing the compound of this example was the same as that described in Example 2 except that 5-formyl-2-thiophenboronic acid was replaced with 0.18 parts by weight of 4-formylphenylboronic acid to yield compound (22b). Is the same as The compound was in the form of a yellow solid, yield 61%.
실시예Example 4 4
2-2- 시아노Cyano -3-[5-(9,9--3- [5- (9,9- 디부틸Dibutyl -7--7- 디부틸아미노Dibutylamino -9-9 HH -- 플루오렌Fluorene -2-일)--2 days)- 싸이오펜Thiophene -2-일]-아크릴산(I-1)의 합성Synthesis of 2-yl] -acrylic acid (I-1)
N2 대기하에서, 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드 0.23 중량부 (22a), 시아노 아세트산 0.05 중량부, 및 피페리딘 0.017 중량부를 아세토니트릴 10 중량부에 첨가하였고, 교반하고 혼합했다. 그리고 나서 상기 반응 혼합물은 90℃까지 가열하고, 6 시간 동안 반응했다. 상기 반응 혼합물이 상온까지 식혀진 후에, 상기 반응혼합물은 여과되었고, 고체를 얻어냈다. 그리고 나서, 상기 고체를 연속적으로 물, 에테르 및 아세토니트릴로 세척하여 암적색의 고체를 산출했다. 마지막으로, 상기 암적색 고체는 용리액으로써 디클로로메탄/메탄올을 사용하여 실리카겔 칼럼 내에서 정제되어, 본 실시예의 화합물(I-1)를 산출해내었다. 상기 화합물은 암적색 고체의 형태였고, 수득율은 86%였다.
Under N 2 atmosphere, 5- (9,9-dibutyl-7-dibutyl-amino -9 H-fluoren-2-yl) thiophene-2-carbaldehyde and 0.23 parts by weight (22a), cyano-acetic acid 0.05 part by weight and 0.017 part by weight of piperidine were added to 10 parts by weight of acetonitrile, stirred and mixed. The reaction mixture was then heated to 90 ° C. and reacted for 6 hours. After the reaction mixture cooled to room temperature, the reaction mixture was filtered to give a solid. The solid was then washed successively with water, ether and acetonitrile to yield a dark red solid. Finally, the dark red solid was purified in a silica gel column using dichloromethane / methanol as eluent to yield compound (I-1) of this example. The compound was in the form of a dark red solid and the yield was 86%.
실시예Example 5 5
2-2- 시아노Cyano -3-[4-(9,9--3- [4- (9,9- 디부틸Dibutyl -7--7- 디부틸아미노Dibutylamino -9-9 HH -- 플루오렌Fluorene -2-일)--2 days)- 페닐Phenyl ]-아크릴산(I-2)의 합성Synthesis of] -acrylic acid (I-2)
본 실시예의 화합물을 제조하는 방법은 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드(22a)가 4-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-벤즈알데히드(22b)로 대체되는 것을 제외하고는 실시예 4에서 설명한 내용과 같다. 상기 화합물은 오렌지색 고체 형태였고, 수득률은 68%였다.
Process for preparing a compound of this embodiment is 5- (9,9-dibutyl-7-dibutyl-amino -9 H-fluoren-2-yl) thiophene-2-carbaldehyde (22a) The 4- (9,9-dibutyl-7-dibutyl-amino -9 H-fluoren-2-yl) - are the same as described in the example 4 except that the substituted benzaldehyde (22b). The compound was in the form of an orange solid, with a yield of 68%.
비교실시예Comparative Example 1~10 1 to 10
염료감응 태양전지의 제조Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell
불소첨가 산화주석 (FTO)로 덮인 유리 기판은 20~30 nm의 직경을 갖는 TiO2 입자를 포함하는 페이스트로 한번 또는 여러 번 코팅되었다. 상기 유리 기판의 두께는 4 mm이고, 유리 기판의 전기저항은 10 Ω이다. 그리고 나서, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30 분 동안 소결되었고, 상기 소결된 다공성의 TiO2 층의 두께는 10~12 μm였다.Glass substrates covered with fluorinated tin oxide (FTO) were coated one or several times with a paste comprising TiO 2 particles having a diameter of 20-30 nm. The thickness of the glass substrate is 4 mm, and the electrical resistance of the glass substrate is 10 Ω. The coated glass substrate was then sintered at 450 ° C. for 30 minutes, and the thickness of the sintered porous TiO 2 layer was 10-12 μm.
화학식 (II-1) 및 (II-2)의 제2 유기감응염료는 1×10-4 M 농도에서 제조되었고, 화학식 (I-1) 및 (I-2)의 제1 유기감응염료는 5×10-4 M 농도에서 제조되었다. 그리고 나서, TiO2 층으로 코팅된 양극은 화학식 (I-1), (I-2), (II-1), 및 (II-2)의 염료 용액에 각각 2, 5, 7, 24 시간 동안 흡수되게 하였다. 상기 흡수 조건은 하기 표 1에 나타나 있다.The second organodyes of formula (II-1) and (II-2) were prepared at concentrations of 1 × 10 −4 M, and the first organodyes of formulas (I-1) and (I-2) were 5 Prepared at × 10 -4 M concentration. Then, the anode coated with the TiO 2 layer was added to the dye solutions of the formulas (I-1), (I-2), (II-1), and (II-2) for 2, 5, 7, and 24 hours, respectively. To be absorbed. The absorption conditions are shown in Table 1 below.
불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판에 전해질을 주입할 수 있도록 0.75 μm 직경의 투입구를 만들기 위하여 구멍을 만든다. 그리고 나서, 불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판상에 H2PtCl6의 용액(1 ml 에탄올 내의 2 mg Pt)으로 코팅하고, 산출된 상기 유리 기판을 400℃에서 15 분 동안 가열하여 음극을 만들어낸다. Holes are made to create a 0.75 μm diameter inlet for injecting electrolyte into a glass substrate covered with fluorinated tin oxide. Then, a glass substrate covered with fluorinated tin oxide was coated with a solution of H 2 PtCl 6 (2 mg Pt in 1 ml ethanol), and the resulting glass substrate was heated at 400 ° C. for 15 minutes to form a cathode. .
순차적으로, 60 μm의 두께를 가진 열가소성 중합체 층은 광양극과 음극 사이에 위치한다. 120~140℃에서 상기 두 전극에 압력을 가하여, 양 전극은 서로 부착되게 된다. In turn, a thermoplastic polymer layer having a thickness of 60 μm is located between the photoanode and the cathode. By applying pressure to the two electrodes at 120 to 140 ° C, both electrodes are attached to each other.
그리고 나서, 전해질은 주입되며, 주입되는 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 포함하는 아세토니트릴 용액이다. 투입구가 열가소성 중합체 층으로 실링된 후에 본 비교실시예의 염료감응 태양전지가 만들어지게 된다. The electrolyte is then injected and the electrolyte injected is an acetonitrile solution comprising 0.03 M I2 / 0.3 M LiI / 0.5 M t-butyl-pyridine. After the inlet is sealed with the thermoplastic polymer layer, the dye-sensitized solar cell of this comparative example is made.
실시예Example 6~12 6-12
염료감응 태양전지의 제조Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell
불소첨가 산화주석 (FTO)로 덮인 유리 기판은 20~30 nm의 직경을 갖는 TiO2 입자를 포함하는 페이스트로 한번 또는 여러 번 코팅되었다. 상기 유리 기판의 두께는 4 mm이고, 유리 기판의 전기저항은 10 Ω이다. 그리고 나서, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30 분 동안 소결되었고, 상기 소결된 다공성의 TiO2 층의 두께는 10~12 μm였다.Glass substrates covered with fluorinated tin oxide (FTO) were coated one or several times with a paste comprising TiO 2 particles having a diameter of 20-30 nm. The thickness of the glass substrate is 4 mm, and the electrical resistance of the glass substrate is 10 Ω. The coated glass substrate was then sintered at 450 ° C. for 30 minutes, and the thickness of the sintered porous TiO 2 layer was 10-12 μm.
순차적으로, 두 종류의 유기감응염료를 사용하여 공동 흡수 방법이 수행되었다. 첫째로, 화학식 (II-1) 및 (II-2)의 제2 유기감응염료는 1×10-4 M 농도에서 제조되었고, 화학식 (I-1) 및 (I-2)의 제1 유기감응염료는 5×10-4 M 농도에서 제조되었다. 그리고 나서, TiO2 층으로 코팅된 양극은 제2 유기감응염료의 염료용액에 4 시간 동안 흡수되게 하였고, 그 후 1, 2, 4 및 6 시간 동안 제1 유기감응염료의 염료 용액으로 흡수되게 하였다. 상기 흡수 조건은 하기 표 2에 나타나 있다.Subsequently, the co-absorption method was performed using two types of organosensitivity dyes. First, the second organosensitivity dyes of formulas (II-1) and (II-2) were prepared at concentrations of 1 × 10 −4 M and the first organosensitizers of formulas (I-1) and (I-2) Dyes were prepared at a concentration of 5 × 10 −4 M. Then, the anode coated with the TiO 2 layer was allowed to be absorbed in the dye solution of the second organic sensitizer for 4 hours and then absorbed into the dye solution of the first organic sensitizer for 1, 2, 4 and 6 hours. . The absorption conditions are shown in Table 2 below.
불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판에 전해질을 주입할 수 있도록 0.75 μm직경의 투입구를 만들기 위하여 구멍을 만든다. 그리고 나서, 불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판상에 H2PtCl6의 용액(1 ml 에탄올 내에 2 mg Pt)으로 코팅하고, 산출된 상기 유리 기판을 400℃에서 15 분 동안 가열하여 음극을 만들어낸다. Holes are made to create a 0.75 μm diameter inlet to inject electrolyte into the glass substrate covered with fluorinated tin oxide. Then, a glass substrate covered with fluorinated tin oxide was coated with a solution of H 2 PtCl 6 (2 mg Pt in 1 ml ethanol), and the resulting glass substrate was heated at 400 ° C. for 15 minutes to form a cathode. .
순차적으로, 60 μm의 두께를 가진 열가소성 중합체 층은 광양극과 음극 사이에 위치한다. 120~140℃에서 상기 두 전극에 압력을 가하여, 양 전극은 서로 부착되게 된다. In turn, a thermoplastic polymer layer having a thickness of 60 μm is located between the photoanode and the cathode. By applying pressure to the two electrodes at 120 to 140 ° C, both electrodes are attached to each other.
그리고 나서, 전해질은 주입되며, 주입되는 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 포함하는 아세토니트릴 용액이다. 투입구가 열가소성 중합체 층으로 실링한 후에 본 실시예의 염료감응 태양전지가 만들어지게 된다.
The electrolyte is then injected and the electrolyte injected is an acetonitrile solution comprising 0.03 M I2 / 0.3 M LiI / 0.5 M t-butyl-pyridine. After the inlet is sealed with the thermoplastic polymer layer, the dye-sensitized solar cell of this embodiment is made.
유기감응염료Second
Organic dyes
유기감응염료1st
Organic dyes
실험방법 및 실험결과Experiment method and result
UVUV -- VisVis 스펙트럼 spectrum
화학식 (I-1), (I-2), (II-1), 및 (II-2)인 유기감응염료는 용매로써 염화메틸렌을 사용하여 제조되어 염료용액을 만들어냈다. 그리고 나서, 각 염료 용액의 UV-Vis 스펙트럼이 측정되었다.Organosensitive dyes of formula (I-1), (I-2), (II-1), and (II-2) were prepared using methylene chloride as a solvent to produce a dye solution. Then, the UV-Vis spectrum of each dye solution was measured.
화학식 (I-1)인 유기감응염료의 λmax 는 427 nm이고, 화학식 (I-2)인 유기감응염료의 λmax 는 380 nm이며, 화학식 (II-1)인 유기감응염료의 λmax는 491 nm이고, 화학식 (II-2)인 유기감응염료의 λmax는 526 nm이다.
The λmax of the organic sensitizer of formula (I-1) is 427 nm, the λmax of the organic sensitizer of formula (I-2) is 380 nm, and the λmax of the organic sensitizer of formula (II-1) is 491 nm. , Λmax of the organic sensitizer represented by formula (II-2) is 526 nm.
광전자 특징에 관한 실험Experiment on Optoelectronic Characteristics
비교실시예 1-4, 6-9 및 실시예 6-9에 의해 만들어진 염료감응 태양전지의 단락전류(JSC), 개방회로전압 (VOC), 채움인자(FF), 및 광전변환효율 (η)는 AM 1.5 광자극의 조명하에서 측정되었다. 실험결과는 하기 표 3 및 4에서 보여준다.
Short Circuit Current (JSC), Open Circuit Voltage (VOC), Fill Factor (FF), and Photoelectric Conversion Efficiency (η) of Dye-Sensitized Solar Cells Made by Comparative Examples 1-4, 6-9, and Example 6-9 Was measured under the illumination of AM 1.5 photostimulation. Experimental results are shown in Tables 3 and 4 below.
표 3의 실험결과에 따르면, 제1 유기감응염료(a)와 제2 유기감응염료(b)를 모두 사용하는 공동흡수방법을 이용하여 제조된 염료감응 태양전지(실시예 6-9)의 광전자 특징은 제1 유기감응염료(a)만 사용된 경우 (예를 들어, 비교실시예 1-4) 또는 제2 유기감응염료(b)만 사용된 경우(예를 들어, 비교실시예 6-9)로 제조된 것보다 더 뛰어나다.According to the experimental results of Table 3, the optoelectronics of the dye-sensitized solar cell (Example 6-9) manufactured using a joint absorption method using both the first organic dye (a) and the second organic dye (b) The characteristic is when only the first organic dye (a) is used (for example, Comparative Example 1-4) or when only the second organic dye (b) is used (for example, Comparative Example 6-9 Better than manufactured by).
표 4의 실험결과에 따르면, 제1 유기감응염료(화학식 (I-1) 및 (I-2))와 제2 유기감응염료(화학식 (II-1) 및 (II-2))를 모두 사용하는 공동흡수방법을 이용하여 제조된 염료감응 태양전지(실시예 8, 10 및 11)의 광전자 특징은 제1 유기감응염료(a)만 사용된 경우 (예를 들어, 비교실시예 3-5) 또는 제2 유기감응염료(b)만 사용된 경우(예를 들어, 비교실시예 8-10)로 제조된 것보다 더 뛰어나다.According to the experimental results of Table 4, both the first organic sensitizer (formula (I-1) and (I-2)) and the second organic sensitizer (formula (II-1) and (II-2)) were used The optoelectronic characteristic of the dye-sensitized solar cells (Examples 8, 10 and 11) manufactured using the joint absorption method is that only the first organic dye (a) is used (for example, Comparative Example 3-5). Or better than that prepared in the case where only the second organic sensitizer (b) is used (eg, Comparative Example 8-10).
다시 말해서, 제1 유기감응염료의 구조와 제2 유기감응염료의 구조는 서로 다르기 때문에, 제1 유기감응염료와 제2 유기감응염료 간의 최대흡수파장이 UV-vis 스펙트럼에서 차이가 나게 된다. 그러므로, 서로 다른 흡수파장을 가진 두 개의 유기감응염료가 공동 흡수되어 염료감응 태양전지를 제조할 때, 가시 영역내의 스팩트럼 이용률이 증가하게 된다. 추가로, 공동흡수방법을 수행하는 방법은 유기감응염료의 유형에 따라 조절될 수 있고, 태양전지의 광전 효율이 증가하게 된다.In other words, since the structure of the first organic dye and the structure of the second organic dye are different from each other, the maximum absorption wavelength between the first organic dye and the second organic dye is different in the UV-vis spectrum. Therefore, when two organic sensitizers having different absorption wavelengths are co-absorbed to produce a dye-sensitized solar cell, the spectrum utilization in the visible region increases. In addition, the method of performing the joint absorption method can be adjusted according to the type of organic sensitizer, and the photoelectric efficiency of the solar cell is increased.
결론적으로, 본 발명은 목적, 방법, 효율성, 또는 심지어 기술, 연구 및 디자인과 같은 다양한 면에서 선행기술과 상이하다. 비록 본 발명을 본 발명의 바람직한 구체예와 관련하여 설명했지만, 하기에서 청구하는 것과 같은 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 한도에서 많은 다른 가능한 변형 및 수정을 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구항으로 정의되어야 하며, 앞서 언급한 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로 이해되어서는 안 된다
In conclusion, the present invention differs from the prior art in various respects such as purpose, method, efficiency, or even technology, research and design. Although the present invention has been described in connection with preferred embodiments of the invention, many other possible modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention as claimed below. Therefore, the scope of the present invention should be defined by the claims of the present specification, and the above-mentioned embodiments should not be understood in any way as limiting the scope of the present invention.
Claims (18)
(a) 하기 화학식 (I)로 나타내는 제1 유기감응염료 또는 그것들의 염,
<화학식 (I)>
상기 화학식 (I)에서,
R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, n은 1, 2, 또는 3의 정수임;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, , , 또는 이거나, D1, D2, 및 N의 결합은 모여서 , 또는 을 형성하고, 상기 R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13, 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이며, R9, R12 및 R15는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬임;
B는 , , , , , 또는 이고, 상기 R16, R17 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이며, R19, R20, R21 및 R22 는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se임; 및
(b) 상기 제1 유기감응염료(a)와의 최대흡수파장의 차이가 50 nm 이상인 제2 유기감응염료.
A photoanode which is a substrate comprising (a) a first organosensitive dye or salt thereof and (b) a semiconductive layer absorbing the second organosensitive dye, which is configured as follows:
(a) the first organic sensitizer represented by the following general formula (I) or salts thereof,
<Formula (I)>
In the above formula (I),
R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, n is an integer of 1, 2, or 3;
D 1 and D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl, , , or Or D 1 , D 2 , and N bonds together , or R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 , and R 14 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, amino , Or halogen, and R 9 , R 12 and R 15 are each independently H or C 1 -C 12 alkyl;
B is , , , , , or R 16 , R 17 and R 18 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy or halogen, and R 19 , R 20 , R 21 and R 22 are each independently H Or C 1 -C 12 alkyl, Z is O, S, or Se; And
(b) The second organic sensitizing dye having a difference in maximum absorption wavelength from the first organic sensitizing dye (a) of 50 nm or more.
The photoanode according to claim 1, wherein n is one.
The method of claim 1, wherein D 1 and D 2 are each independently C 1 ~ C 12 alkyl, or R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, amino, or halogen, and R 9 is H, or C 1 -C Photoanode, characterized in that 12 alkyl.
The method of claim 3, wherein B is , or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy or halogen, R 19 and R 22 are each independently H or C 1 -C 12 alkyl, and Z is O, S or Photoanode, characterized in that the Se.
5. The photoanode according to claim 4, wherein Z is S and n is 1.
The method according to claim 5, wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 and R 16 are each independently H, C 1 ~ C 12 alkyl, or C 1 ~ C12 alkoxy. Photoanode.
The method according to claim 6, wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 and R 16 are each independently H or C 1 ~ C 12 alkyl, characterized in that Photoanode.
The method of claim 1, wherein B is or R 16 is H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy or halogen, R 19 is H or C 1 -C 12 alkyl, Z is O, S, or Se Photoanode to say.
The method according to claim 8, wherein D 1 and D 2 are each independently C 1 ~ C 12 alkyl, or R 5 , R 6 , and R 7 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 Photoanode, characterized in that alkoxy, amino or halogen.
10. The photoanode according to claim 9, wherein Z is S and n is 1.
The method according to claim 10, wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 And R 16 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, or C 1 -C 12 Photoanode, characterized in that alkoxy.
The method according to claim 11, wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 And R 16 are each independently H, or C 1 to C 12 alkyl.
13. The photoanode according to claim 12, wherein R 16 and R 19 are H.
(I-1)
(I-2).The photoanode according to claim 1, wherein the first organosensitive dye (a) is a compound represented by the following general formula (I-1) or (I-2) or a salt thereof:
(I-1)
(I-2).
(Ⅱ-1)
(Ⅱ-2).
The photoanode according to claim 1, wherein the second organosensitive dye (b) is a compound represented by the following general formula (II-1) or (II-2) or a salt thereof:
(II-1)
(II-2).
The photoanode according to claim 14, wherein the second organic sensitizer (b) is a compound represented by the formula (II-1) or (II-2) or a salt thereof.
(a) 하기 화학식 (I)로 나타내는 제1 유기감응염료, 또는 그것들의 염,
<화학식 (I)>
상기 화학식 (I)에서,
R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, n은 1, 2, 또는 3의 정수임;
D1, 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, , , 또는 이거나, D1, D2, 및 N의 결합은 모여서 , 또는 을 형성하고, 상기 R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이며, R9, R12 및 R15는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬임;
B는 , , , , , 또는 이고, 상기 R16, R17 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이며, R19, R20, R21 및 R22 는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S 또는 Se임; 및
(b) 제1 유기감응염료와 제2 유기감응염료 간의 최대흡수파장의 차이가 50 nm 이상인 제2 유기감응염료;
(B) 음극; 및
(C) 상기 광양극과 상기 음극 사이에 배치된 전해질 층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
(A) A photoanode, which is a substrate comprising a semiconducting layer that absorbs dye, wherein the dye is constructed as follows:
(a) the first organic sensitizing agent represented by the following general formula (I), or salts thereof,
<Formula (I)>
In the above formula (I),
R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, or halogen, n is an integer of 1, 2, or 3;
D 1 , and D 2 are each independently C 1 -C 12 alkyl, , , or Or D 1 , D 2 , and N bonds together , or Form R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 10 , R 11 , R 13 and R 14 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy, amino, Or halogen, R 9 , R 12 and R 15 are each independently H or C 1 -C 12 alkyl;
B is , , , , , or R 16 , R 17 and R 18 are each independently H, C 1 -C 12 alkyl, C 1 -C 12 alkoxy or halogen, and R 19 , R 20 , R 21 and R 22 are each independently H Or C 1 -C 12 alkyl, Z is O, S or Se; And
(b) a second organic sensitizing dye having a difference in maximum absorption wavelength between the first organic sensitizing dye and the second organic sensitizing dye of 50 nm or more;
(B) a negative electrode; And
(C) an electrolyte layer disposed between the photoanode and the cathode;
Dye-sensitized solar cell comprising a.
A. 제1항의 광양극을 제공하는 단계;
B. 제2 기판을 제공하는 단계;
C. 제2 기판 위에 금속 층을 형성하는 단계;
D. 반전도성 층은 상기 금속 층과 마주보고 있고, 상기 광양극과 상기 제2 기판 사이에 공간부가 형성되도록, 상기 광양극과 상기 제2 기판을 구성하는 단계;
E. 상기 공간부에 전해질을 채우는 단계; 및
F. 상기 공간부를 실링하는 단계.
Method for producing a dye-sensitized solar cell consisting of the following steps:
A. providing the photoanode of claim 1;
B. providing a second substrate;
C. forming a metal layer over the second substrate;
D. constructing the photoanode and the second substrate so that a semiconductive layer faces the metal layer and a space is formed between the photoanode and the second substrate;
E. Filling an electrolyte in the space; And
F. Sealing the space part.
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