KR101350381B1 - Electrolyte composition containing cyclodextrin-based material, and dye-sensitized solar cell containing the same - Google Patents
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Abstract
염료감응 태양전지의 효율을 저하시킬 수 있는 전자재결합(electronic recombination) 현상을 방지하기 위하여, 염료감응 태양전지용 전해질 중 산화종과 복합체를 형성할 수 있는 사이클로덱스트린계 물질을 추가 포함하는 전해질 조성물, 및 상기 전해질 조성물을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.An electrolyte composition further comprising a cyclodextrin-based material capable of forming a complex with an oxidized species in an electrolyte for a dye-sensitized solar cell, in order to prevent an electronic recombination phenomenon that may lower the efficiency of the dye-sensitized solar cell; It relates to a dye-sensitized solar cell comprising the electrolyte composition.
Description
본원은, 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 전해질 조성물, 및 상기 전해질 조성물을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
The present application relates to an electrolyte composition comprising a cyclodextrin-based material, and a dye-sensitized solar cell including the electrolyte composition.
태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자로서, 예를 들어, 실리콘 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 적층형 태양전지, 나노 태양전지 등이 개발되어 있다. 상기 태양전지 중 실리콘 태양전지가 상용화 단계에 있으나, 제조단가가 높고, 투명성 및 유연성이 부족하다는 단점이 있다. 이에 반해 본원 발명과 관련된 염료감응 태양전지의 경우, 제조단가가 낮고, 투명성 및 유연성을 갖추고 있어, 미래의 신소재로서 주목을 받고 있다.Solar cells are devices that convert solar energy into electrical energy. For example, silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, stacked solar cells, nano solar cells, and the like have been developed. Although silicon solar cells are in the commercialization stage among the solar cells, they have disadvantages of high manufacturing cost and lack of transparency and flexibility. On the other hand, the dye-sensitized solar cell according to the present invention has a low manufacturing cost, has transparency and flexibility, and attracts attention as a future new material.
염료감응 태양전지는 감광성 염료가 흡착된 TiO2와 같은 반도체 나노입자를 함유한 광전극, 상대전극, 및 전해질로 구성되며, 상기 감광성 염료에서 발생되는 전자가 광전극으로 흘러 들어가는 비율이 높을수록 상기 염료감응 태양전지의 효율이 높아진다. The dye-sensitized solar cell is composed of a photoelectrode, a counter electrode, and an electrolyte containing semiconductor nanoparticles such as TiO 2 on which a photosensitive dye is adsorbed, and the higher the rate at which electrons generated from the photosensitive dye flow into the photoelectrode, The efficiency of dye-sensitized solar cells is increased.
그러나, 상기 감광성 염료가 흡착된 TiO2와 같은 반도체 나노입자는 산화종을 함유하는 전해질과 접촉하고 있으며, 이에 따라 광전극으로 흘러 들어가야 하는 전자가 전해질로 흘러 들어가 전자재결합(electronic recombination) 현상을 야기함으로써 상기 염료감응 태양전지의 효율을 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 염료감응 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 전자재결합 현상에 의해 손실되는 전류를 최소화하는 것이 중요하다. However, semiconductor nanoparticles, such as TiO 2 , on which the photosensitive dye is adsorbed, are in contact with an electrolyte containing an oxidized species, thereby causing electrons to flow into the photoelectrode to flow into the electrolyte, causing electronic recombination. This acts as a factor to lower the efficiency of the dye-sensitized solar cell. Therefore, in order to increase the efficiency of the dye-sensitized solar cell, it is important to minimize the current lost by the electronic recombination phenomenon.
상기 전자재결합 문제를 해결하기 위하여, 종래기술에서는 일반적으로 배리어층(barrier layer)을 TiO2와 같은 반도체 나노입자에 형성시키는 방법을 채택하였으며, 특히 공흡착제를 이용하는 경우가 많았다. 이러한 공흡착제를 이용하여 전자재결합 문제를 해결하고자 하는 종래기술로서, 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2011-0044160(출원번호 10-2010-0103514)가 있다.In order to solve the electronic recombination problem, in the prior art, a method of forming a barrier layer on semiconductor nanoparticles such as TiO 2 is generally adopted, and in particular, a co-adsorbent is often used. As a prior art to solve the problem of electronic recombination using such a co-adsorbent, there is, for example, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0044160 (Application No. 10-2010-0103514).
그러나, 상기와 같이 공흡착제를 이용하여 전자재결합 문제를 해결하고자 하는 경우, 공흡착제가 TiO2와 같은 반도체 나노입자 표면에 약한 화학결합으로 흡착되어 있는 염료 분자의 화학평형을 변화시키게 됨으로써 염료분자의 탈리 현상을 유도한다는 문제점이 있었다.However, in order to solve the electronic recombination problem by using the coadsorbent as described above, the coadsorbent changes the chemical equilibrium of the dye molecules adsorbed by the weak chemical bond on the surface of the semiconductor nanoparticles, such as TiO 2 , There was a problem of inducing a detachment phenomenon.
이에, 염료감응 태양전지에 있어서 TiO2와 같은 반도체 나노입자를 함유한 광전극 표면에서의 전자재결합을 방지 또는 감소시켜 염료감응 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 기술의 개발이 여전히 요구되고 있다.
Accordingly, there is still a need for the development of a technique for improving the efficiency of dye-sensitized solar cells by preventing or reducing electronic recombination on the surface of a photoelectrode containing semiconductor nanoparticles such as TiO 2 in a dye-sensitized solar cell.
이에, 상기한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명자들은, 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 전해질 조성물을 제조하여 염료감응 태양전지용 전해질로서 사용함으로써 전자재결합 현상을 방지하고, 이에 따라 상기 염료감응 태양전지의 효율을 높일 수 있음을 발견하여 본원을 완성하였다.Thus, in order to solve the above problems of the prior art, the present inventors, by preparing an electrolyte composition comprising a cyclodextrin-based material and using it as an electrolyte for dye-sensitized solar cells, to prevent the electronic recombination phenomenon, and thus the dye-sensitized aspect The present invention was completed by discovering that the efficiency of the battery can be improved.
이에, 본원은, 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 전해질 조성물, 및 상기 전해질 조성물을 포함하는 염료감응 태양전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present application is to provide an electrolyte composition comprising a cyclodextrin-based material, and a dye-sensitized solar cell comprising the electrolyte composition.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 산화/환원종; 및, 사이클로덱스트린계 물질: 을 포함하는, 전해질 조성물을 제공한다.A first aspect of the present application, the oxidation / reduction species; And, cyclodextrin-based material: provides an electrolyte composition comprising.
또한, 본원의 제 2 측면은, 감광성 염료를 포함하는 광전극; 상기 광전극에 대향되는 상대전극; 및, 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 위치하는 본원의 제 1 측면에 따른 전해질 조성물: 을 포함하는, 염료감응 태양전지를 제공한다.
In addition, the second aspect of the present application, the photoelectrode comprising a photosensitive dye; A counter electrode opposite to the photoelectrode; And, the electrolyte composition according to the first aspect of the present application positioned between the photoelectrode and the counter electrode provides a dye-sensitized solar cell.
본원에 따른 전해질 조성물은 산화종과 결합할 수 있는 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이러한 본원에 따른 전해질 조성물을 포함하여 염료감응 태양전지를 제조할 경우, 염료감응 태양전지의 효율을 감소시키는 TiO2와 같은 반도체 나노입자 표면 상에서 일어나는 전자재결합 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 됨으로써, 염료감응 태양전지의 에너지 변환효율을 높일 수 있다. 염료감응 태양전지는 제조단가가 낮고, 투명성 및 유연성을 갖추고 있어, 미래의 신소재로서 충분한 가능성을 가지고 있으나, 전자재결합 현상으로 인한 에너지 변환효율 저하의 문제점 때문에 아직 상용화 단계에 이르지 못하고 있는데, 본원에 따른 전해질 조성물을 이용함으로써 상용화 가능성을 높일 수 있다.The electrolyte composition according to the present invention is characterized in that it comprises a cyclodextrin-based material that can be combined with the oxidizing species, and when manufacturing a dye-sensitized solar cell including the electrolyte composition according to the present application, the efficiency of the dye-sensitized solar cell By effectively preventing the electronic recombination phenomenon that occurs on the surface of the semiconductor nanoparticles, such as reducing TiO 2 , it is possible to increase the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell. The dye-sensitized solar cell has low manufacturing cost, transparency and flexibility, and has sufficient potential as a new material of the future, but has not yet reached the commercialization stage due to the problem of deterioration of energy conversion efficiency due to the electronic recombination phenomenon. By using an electrolyte composition, the possibility of commercialization can be improved.
상기 본원에 따른 전해질 조성물은, 종래에 사용되었던 TiO2와 같은 반도체 나노입자의 표면에 배리어층(barrier layer)을 형성하는 원리를 이용하는 대신, 염료감응 태양전지용 전해질 중 산화종과의 복합체를 형성할 수 있는 사이클로덱스트린계 물질을 더 포함하는 전해질 조성물을 제조하여 사용함으로써 전자재결합 현상을 방지 또는 감소시킬 수 있으며, 이와 같은 본원에 따른 전해질 조성물의 전자재결합 방지 또는 감소에 대한 작용 원리를 이용할 경우, 종래 기술에서 문제가 되었던 염료 분자의 탈리 현상이라는 부작용은 발생되지 않았다.
The electrolyte composition according to the present application, instead of using the principle of forming a barrier layer on the surface of the semiconductor nanoparticles, such as TiO 2 used in the prior art, to form a complex with the oxidized species in the electrolyte for dye-sensitized solar cells. By preparing and using an electrolyte composition further comprising a cyclodextrin-based material, it is possible to prevent or reduce the electronic recombination phenomenon, and when using the principle of action for preventing or reducing the electronic recombination of the electrolyte composition according to the present invention, The side effect of desorption of dye molecules, which was a problem in the technology, did not occur.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 전해질 조성물에 있어서 사이클로덱스트린계 물질이 수행하는 전자재결합 현상 방지 작용을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에서 사용될 수 있는 다양한 사이클로덱스트린계 물질의 구조를 나타내는 것으로서, 도 2a는 α, β, 및 γ-사이클로덱스트린 각각의 화학 구조식이고, 도 2b는 사이클로덱스트린을 포함하는 폴리로탁세인 구조를 단순화한 도면이고, 도 2c는 사이클로덱스트린을 포함하는 기공성 폴리로탁세인 구조를 단순화한 도면이며, 도 2d는 사이클로덱스트린 기능기를 가지는 폴리아크릴아마이드를 단순화한 도면이다.
도 3은 본원의 실시예 및 비교예에 따른 염료감응 태양전지 각각에 있어서 측정된 단락전류-개방전압 그래프이다.1 is a schematic diagram showing the action of preventing the recombination phenomenon performed by the cyclodextrin-based material in the electrolyte composition according to an embodiment of the present application.
Figure 2 shows the structure of various cyclodextrin-based materials that can be used in one embodiment of the present application, Figure 2a is a chemical structural formula of each of the α, β, and γ-cyclodextrin, Figure 2b is a poly-containing
3 is a short-circuit current-opening voltage graph measured in each of the dye-sensitized solar cells according to the Examples and Comparative Examples of the present application.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
The terms " about ","substantially", etc. used to the extent that they are used herein are intended to be taken as their meanings when referring to manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned, Accurate or absolute numbers are used to prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the mentioned disclosure. Also, throughout the present specification, the phrase " step "or" step "does not mean" step for.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본원의 제 1 측면은, 산화/환원종; 및, 사이클로덱스트린계 물질: 을 포함하는, 전해질 조성물을 제공한다. 이하, 상기 본원에 따른 전해질 조성물에 포함되는 상기 산화/환원종, 및 상기 사이클로덱스트린계 물질에 관하여 순차적으로 부연 설명을 제시하되, 본원에 이에 제한되는 것은 아니다.A first aspect of the present application, the oxidation / reduction species; And, cyclodextrin-based material: provides an electrolyte composition comprising. Hereinafter, the sequential description of the oxidation / reduction species and the cyclodextrin-based material included in the electrolyte composition according to the present application will be sequentially provided, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산화/환원종은, 요오드계 산화/환원종, 브롬계 산화/환원종, 퀴논계 산화/환원종, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 요오드계 산화/환원종은 요오드 분자(I2)와 I-을 포함하는 요오드화염으로부터 형성될 수 있고, 상기 브롬계 산화/환원종은 브롬 분자(Br2)와 Br-을 포함하는 브롬화염으로부터 형성될 수 있으며, 상기 퀴논계 산화/환원종은 하이드로퀴논 및 퀴논을 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the oxidation / reduction species may include one selected from the group consisting of iodine-based oxidation / reduction species, bromine-based oxidation / reduction species, quinone-based oxidation / reduction species, and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto. For example, the iodine-based oxidation / reduction species may be formed from an iodine salt including iodine molecules (I 2 ) and I − , and the bromine-based oxidation / reduction species may form bromine molecules (Br 2 ) and Br − . It may be formed from a bromide salt comprising, the quinone-based oxidation / reduction species may be formed, including hydroquinone and quinone, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산화/환원종은, 예를 들어, 요오드계 산화/환원종인 I-/I3 -을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전해질 조성물 중의 I-/I3 -은 산화·환원 반응을 통하여 상대전극으로부터 전자를 받아 감광성 염료의 염료 분자에 전달하는 역할을 수행한다. 이하, 염료감응 태양전지에서 태양에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 전자의 이동과정을 순차적으로 정리한다.According to the exemplary embodiment of the present application, the oxidation / reduction species may include, for example, I − / I 3 − which is an iodine-based oxidation / reduction species, but is not limited thereto. I − / I 3 − in the electrolyte composition serves to receive electrons from the counter electrode through oxidation and reduction reactions and transfer them to the dye molecules of the photosensitive dye. Hereinafter, the movement process of electrons for converting solar energy into electrical energy in the dye-sensitized solar cell is summarized in sequence.
먼저, 감광성 염료를 포함하는 광전극에 태양광이 입사되면, 상기 감광성 염료의 염료 분자는 전자-정공쌍을 이루며 기저상태(D)에서 여기상태(D*)로 전이된다. 여기에서 상기 염료 분자가 여기상태(D*)가 되면서 발생된 전자는, 광전극에 포함되는 TiO2와 같은 반도체의 전도대(conduction band)에 주입되고, 그 후 광전극의 하층인 전도성 투명 전극으로 전달되며, 이에 연결된 외부 전선을 통하여 상대전극으로 이동된다. 상기 반도체는, 예를 들어, 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 앞서 전자 전이 결과 여기상태가 된 염료 분자(D*)는 산화 상태인 것으로 볼 수 있으며, 상기 산화된 염료 분자는 전해질 조성물 내의 요오드 이온이 [3I- → I3 - + 2e-] 반응에 따라 산화되면서 발생되는 전자를 제공받아 환원됨으로써 기저상태(D)로 되돌아간다. 상기 염료 분자의 환원에 사용된 산화종인 I3 - 이온은, 상대전극에 도달한 전자에 의해 다시 환원된다. 정리하면, 전해질 조성물 중 산화/환원종에서 I-는 염료 분자에 전자를 제공하는 역할을 하고, 이로써 산화된 I3 -는 상대전극에 도달한 전자를 받아 다시 I-로 환원된다.First, when sunlight is incident on a photoelectrode including a photosensitive dye, the dye molecules of the photosensitive dye form an electron-hole pair and transition from the ground state (D) to the excited state (D *). Herein, electrons generated when the dye molecule enters an excited state (D *) are injected into a conduction band of a semiconductor such as TiO 2 included in the photoelectrode, and then a conductive transparent electrode that is a lower layer of the photoelectrode. It is transferred to the counter electrode through an external wire connected thereto. The semiconductor may include, for example, a transition metal oxide structure, but is not limited thereto. Can be seen to be the above electron transfer resulting excited state that the dye is oxidized molecule (D *), the iodide ion in the oxidized dye molecules electrolyte composition [3I - → I 3 - + 2e -] oxide according to the reaction It is returned to the ground state (D) by receiving and reducing the generated electrons. I 3 − ions, which are oxidized species used for the reduction of the dye molecule, are reduced again by the electrons reaching the counter electrode. In summary, in the oxidation / reduction species in the electrolyte composition, I − serves to provide electrons to the dye molecules, whereby the oxidized I 3 − receives electrons reaching the counter electrode and is reduced back to I − .
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 요오드계 산화/환원종을 형성하기 위한 요오드화염은, 예를 들어, LiI, NaI, KI 등의 알칼리 금속의 요오드화염, n-메틸이미다졸륨 요오드, n-에틸이미다졸륨 요오드, 1-벤질-2-메틸이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-s-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-엑틸이미다졸륨 요오드, 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-프로필-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 요오드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 요오드계 산화/환원종을 형성하기 위한 요오드화염은 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 요오드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the iodide salt for forming the iodine-based oxidation / reduction species, for example, iodide salt of alkali metals such as LiI, NaI, KI, n-methylimidazolium iodine, n- Ethylimidazolium iodine, 1-benzyl-2-methylimidazolium iodine, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodine, 1-butyl-3-methylimidazolium iodine, 1-methyl-3-propyl Midazolium iodine, 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodine, 1-methyl-3-butylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isobutylimidazolium iodine, 1-methyl-3-s- Butylimidazolium iodine, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isopentylimidazolium iodine, 1-methyl-3-hexylimidazolium iodine, 1-methyl-3-iso Hexylimidazolium iodine, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodine, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodine, 1-ethyl-3-isopropylimidazolium iodine, 1-propyl-3 Profile Imidazolium iodide, but it can be to include that 1-propyl-3-methyl selected from the group consisting of imidazolium iodide, and combinations thereof, but is not limited thereto. For example, the iodide salt for forming the iodine-based oxidation / reduction species may include 1-propyl-3-methylimidazolium iodine, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전해질 조성물에 포함되는 상기 사이클로덱스트린계 물질은, 상기 산화/환원종 중 산화종과 복합체(complex)를 형성함으로써 전자와 상기 산화종의 전자재결합(electronic recombination) 현상을 방지하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the cyclodextrin-based material included in the electrolyte composition may form an electron recombination phenomenon between electrons and the oxidized species by forming a complex with the oxidized species among the oxidized / reduced species. It may be to prevent, but is not limited thereto.
상기한 바와 같은 '전자재결합(electronic recombination) 현상'은 염료 분자가 여기상태(D*)가 되면서 발생된 전자가 광전극으로 흘러 들어가지 못하고, 대신 상기 전자가 전해질 조성물 중의 산화종과 결합되며 소모되는 현상을 의미하는 것으로서, 결과적으로 염료감응 태양전지의 에너지 변환효율을 저하시키는 요인으로 작용한다. 일반적으로, 광전극 중 반도체의 표면에 감광성 염료가 흡착되는 과정에서, 상기 감광성 염료는 상기 반도체의 표면적 전체에 완벽하게 증착되지 못하여, 보통 상기 반도체의 표면적 중 약 70% 정도만 감광성 염료가 흡착된 상태가 되고 나머지 약 30% 정도는 전해질 조성물에 그대로 노출되는 형태가 된다. 이 경우, 상기 감광성 염료가 흡착되지 않은 약 30% 정도의 반도체의 표면은 상기 전해질 조성물과 직접 접촉하게 된다. 이에 따라, 염료 분자가 여기상태(D*)가 되면서 발생된 전자가 광전극으로 흘러 들어가지 못하고, 그 대신 전해질 조성물 중의 산화종과 결합되며 소모되는 현상인 '전자재결합 현상'이 일어날 수 있다. 이와 같은 전자재결합 현상은 광전극으로 흘러 들어가는 전자의 절대량을 감소시킴으로써 염료감응 태양전지의 에너지 변환효율을 저하시키는 요인으로 작용한다.As described above, the 'electronic recombination phenomenon' is that electrons generated when the dye molecules enter an excited state (D *) do not flow into the photoelectrode, but instead, the electrons are combined with the oxidized species in the electrolyte composition and consumed. As a result, it acts as a factor that lowers the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell. In general, in the process of adsorbing the photosensitive dye on the surface of the semiconductor of the photoelectrode, the photosensitive dye is not completely deposited on the entire surface area of the semiconductor, so that only about 70% of the surface area of the semiconductor is adsorbed And about 30% of the remaining form is exposed as it is to the electrolyte composition. In this case, about 30% of the surface of the semiconductor on which the photosensitive dye is not adsorbed is in direct contact with the electrolyte composition. Accordingly, electrons generated while the dye molecule enters the excited state (D *) may not flow into the photoelectrode, but instead, an electron recombination phenomenon may occur, which is combined with and consumed with oxidized species in the electrolyte composition. This electronic recombination phenomenon reduces the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell by reducing the absolute amount of electrons flowing into the photoelectrode.
종래에는 상기 전자재결합 현상을 방지하기 위하여 공흡착제 등을 이용하였으나, 이와 같은 방법은 염료 분자의 탈리 현상 등 다른 문제점을 야기하였다. 이에, 본원에서는 상기 산화종과 상호작용을 일으킬 수 있는 전해질 조성물 첨가제를 이용하여 상기 전자재결합 현상을 방지하는 방법을 개발하여 이용하였다. 상기 상호작용의 종류로는, 예를 들어, 호스트-게스트 반응, 이온 결합, 반데르발스 결합, 이온-다이폴 결합 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본원에 따른 전해질 조성물에 있어서 첨가제로서 포함되는 사이클로덱스트린계 물질의 경우, 상기 산화종과 호스트-게스트 반응을 일으키거나, 반데르발스 결합, 또는 이온-다이폴 결합 등을 형성함으로써 안정한 복합체(complex)를 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Conventionally, a co-adsorbent or the like is used to prevent the electronic recombination phenomenon, but such a method causes other problems such as desorption of dye molecules. Thus, the present application was developed and used to prevent the electronic recombination phenomenon by using an electrolyte composition additive that can cause interaction with the oxidized species. Examples of the interaction include, but are not limited to, a host-guest reaction, an ionic bond, a van der Waals bond, an ion-dipole bond, and the like. For example, in the case of the cyclodextrin-based material included as an additive in the electrolyte composition according to the present application, the complex is stable by causing a host-guest reaction with the oxidized species, forming a van der Waals bond, an ion-dipole bond, or the like. (complex) can be formed, but is not limited thereto.
구체적으로, 본원에서는 전해질 조성물에 사이클로덱스트린계 물질을 추가 포함시켜 상기 사이클로덱스트린계 물질이 상기 전해질 조성물 중의 산화종과 복합체(complex)를 형성하도록 함으로써, 전자와 상기 산화종 사이에 일어나는 전자재결합 현상이 방지되도록 하였다. 상기 사이클로덱스트린계 물질은 산화종과 선택적으로 복합체(complex)를 형성하며, 이에 따라 광전극 주변에 환원종의 상대적 농도가 증가되고 산화종의 상대적 농도가 감소되면, 결과적으로 전자와 상기 산화종 사이에 일어나는 전자재결합 현상을 방지할 수 있게 된다.Specifically, the present invention further includes a cyclodextrin-based material in the electrolyte composition so that the cyclodextrin-based material forms a complex with the oxidized species in the electrolyte composition, thereby preventing the electron recombination phenomenon between the electron and the oxidized species. Prevented. The cyclodextrin-based material selectively forms a complex with the oxidized species. Accordingly, when the relative concentration of the reduced species increases and the relative concentration of the oxidized species decreases around the photoelectrode, as a result, between the electron and the oxidized species It is possible to prevent the recombination phenomenon that occurs in the.
본원의 도면 중 도 1은, 본원의 일 실시예에 따른 전해질 조성물에서 상기 사이클로덱스트린계 물질이 수행하는 전자재결합 현상 방지 역할을 나타내는 모식도이다. 도 1을 참조하면, 상기 전해질 조성물 중의 상기 사이클로덱스트린계 물질이 상기 산화종과 복합체(complex)를 형성함으로써, 전자가 광전극으로부터 이탈되어 상기 산화종과 결합하는 전자재결합 현상이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다.1 is a schematic diagram showing the role of preventing the electronic recombination phenomenon performed by the cyclodextrin-based material in the electrolyte composition according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 1, the cyclodextrin-based material in the electrolyte composition forms a complex with the oxidized species, thereby effectively preventing an electron recombination phenomenon in which electrons are separated from the photoelectrode to bond with the oxidized species. It can be seen that.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사이클로덱스트린계 물질은, 예를 들어, α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린, 이들의 유도체 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to an embodiment of the present disclosure, the cyclodextrin-based material includes, for example, one selected from the group consisting of α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, derivatives thereof, and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.
상기 사이클로덱스트린계 물질은, 6개 내지 12개 포도당이 각각 α-1,4 글리코시드결합을 한 고리형 올리고당의 형태를 가지며, 상기 포도당이 6개인 경우를 α-사이클로덱스트린, 상기 포도당이 7 개인 경우를 β-사이클로덱스트린, 상기 포도당이 8 개인 경우를 γ-사이클로덱스트린으로 명명한다. 본원의 도 2a에, 상기 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, 및 γ-사이클로덱스트린 각각의 화학 구조식을 나타내었다. 상기 사이클로덱스트린계 물질들의 유도체로서 당업계에서 공지된 것들을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다.The cyclodextrin-based substance has a form of a cyclic oligosaccharide in which 6 to 12 glucoses are each α-1,4 glycoside-bonded, and the case of 6 glucose is α-cyclodextrin and 7 glucose The case is named β-cyclodextrin and the case of 8 glucose is called γ-cyclodextrin. In FIG. 2A of the present application, chemical structures of the α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, and γ-cyclodextrin are shown. As the derivatives of the cyclodextrin-based materials, those known in the art may be used without particular limitation.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사이클로덱스트린계 물질은, 예를 들어, 사이클로덱스트린을 포함하는 로탁세인(rotaxane), 사이클로덱스트린을 포함하는 폴리로탁세인(polyrotaxane), 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 화합물, 상기 화합물로부터 유래된 올리고머(oligomer), 상기 화합물로부터 유래된 폴리머(polymer), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the cyclodextrin-based material may include, for example, rotaxane including cyclodextrin, polyrotaxane including cyclodextrin, and cyclodextrin as a functional group. The compound, an oligomer derived from the compound, a polymer derived from the compound, and a combination thereof may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사이클로덱스트린계 물질은, 사이클로덱스트린을 포함하는 로탁세인(rotaxane), 사이클로덱스트린을 포함하는 폴리로탁세인(polyrotaxane), 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 화합물, 상기 화합물로부터 유래된 올리고머(oligomer), 상기 화합물로부터 유래된 폴리머(polymer), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것에, α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린, 이들의 유도체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 첨가하여 블렌딩함으로써 형성된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the cyclodextrin-based material may include rotaxane, including cyclodextrin, polyrotaxane, including cyclodextrin, and a compound containing cyclodextrin as a functional group. Oligomers derived from the compounds, polymers derived from the compounds, and combinations thereof, and the like, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, derivatives thereof And, and may be to include those formed by blending by adding the one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
이와 관련하여, 상기 로탁세인은 환상 분자의 개구부에 실(thread) 모양 또는 덤벨(dumbbell) 모양의 선형 분자가 끼워져 있는 형태를 가지는 초분자체이다. 상기 폴리로탁세인은 2개 이상의 환상 분자의 개구부에 폴리머 사슬이 끼워져 있는 형태를 가지는 것을 나타낼 수 있다. 도 2b는 본원의 일 구현예에 있어서 사이클로덱스트린을 포함하는 폴리로탁세인의 단순화된 구조를 나타내고, 도 2c는 본원의 일 구현예에 있어서 사이클로덱스트린을 포함하는 기공성 폴리로탁세인의 단순화된 구조를 나타내고, 도 2d는 본원의 일 구현예에 있어서 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 폴리아크릴아마이드를 나타낸다.In this regard, the rotaxane is a supramolecular body having a shape in which a thread-shaped or dumbbell-shaped linear molecule is inserted into an opening of the cyclic molecule. The polyrotaxane may represent a form in which a polymer chain is inserted into an opening of two or more cyclic molecules. FIG. 2B shows a simplified structure of polyrotaxane comprising cyclodextrin in one embodiment of the present application, and FIG. 2C shows a simplified structure of porous polyrotaxane comprising cyclodextrin in one embodiment of the present application. The structure is shown and FIG. 2D shows polyacrylamide containing cyclodextrin as a functional group in one embodiment of the present application.
상기 도 2b를 참조하면, 환형 분자로서 사이클로덱스트린을 포함하는 폴리로탁세인의 단순화된 구조를 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리로탁세인에 포함되는 환형 분자로서 사이클로덱스트린은α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리로탁세인에 포함되는 폴리머 사슬은, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴아마이드, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리테트라히드로푸란, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Referring to FIG. 2B, a simplified structure of polyrotaxane including cyclodextrin as a cyclic molecule can be confirmed. For example, the cyclodextrin as the cyclic molecule included in the polyrotaxane may include one selected from the group consisting of α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto. The polymer chain included in the polyrotaxane is, for example, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyacrylamide, polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene, polypropylene glycol, polypropylene oxide, polytetrahydrofuran, It may include, but is not limited to, those selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polyethylene, polypropylene, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리로탁세인은 환형 분자로서 사이클로덱스트린을 포함하고 폴리머 사슬로서 폴리에틸렌옥사이드[poly(ethyleneoxide); PEO] 를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 분자량이 약 500 내지 약 1,000,000인 폴리에틸렌옥사이드[poly(ethyleneoxide); PEO]를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the polyrotaxane comprises cyclodextrin as a cyclic molecule and polyethylene (poly (ethyleneoxide)) as a polymer chain; PEO], but is not limited thereto. For example, polyethylene (poly (ethyleneoxide)) having a molecular weight of about 500 to about 1,000,000; PEO], but is not limited thereto.
상기 도 2c를 참조하면, 사이클로덱스트린을 포함하는 기공성 폴리로탁세인의 단순화된 구조를 확인할 수 있다. 상기 기공성 폴리로탁세인은, 앞서 설명한 폴리로탁세인을 알칼리 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 환형 분자로서 사이클로덱스트린을 이용하고, 폴리머 사슬로서 분자량이 약 500 내지 약1,000,000인 폴리에틸렌옥사이드[poly(ethyleneoxide); PEO]를 이용하여 제조된 폴리로탁세인을 NaOH 수용액에서 약 20℃에서 약 36 시간 동안 반응시킴으로써 표면 반응을 유도한 뒤, 약 45℃에서 2일 동안 NaOH 수용액에 담가 폴리에틸렌옥사이드를 제거함으로써 상기 사이클로덱스트린을 포함하는 기공성 폴리로탁세인을 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Referring to FIG. 2C, a simplified structure of the porous polyrotaxane including cyclodextrin can be identified. The porous polyrotaxane can be produced by alkali reaction of the polyrotaxane described above. For example, cyclodextrin is used as a cyclic molecule, and poly (ethyleneoxide) having a molecular weight of about 500 to about 1,000,000 as a polymer chain; PEO] to induce a surface reaction by reacting the polyrotaxane prepared in NaOH aqueous solution at about 20 ℃ for about 36 hours, and then immersed in aqueous NaOH solution at about 45 ℃ for 2 days to remove the polyethylene oxide Porous polyrotaxanes comprising dextrins can be prepared, but are not limited thereto.
상기 도 2d를 참조하면, 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 화합물로부터 유래된 폴리머의 예시로서, 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 폴리아크릴아마이드의 구조를 확인할 수 있다. 상기 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 폴리아크릴아마이드는, 아크릴아마이드 모노머에 사이클로덱스트린을 작용기로서 도입한 뒤, 상기 모노머를 원하는 분자량을 가지는 폴리머가 수득될 수 있도록 중합함으로써 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 도 2d의 물질은 상기 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 화합물로부터 유래된 폴리머의 예를 나타내는 것으로서, 본원에 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 폴리머에서 함유되는 상기 사이클로덱스트린 작용기는, α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린, 또는 사이클로덱스트린에 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 폴리머는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴아마이드, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리테트라히드로푸란, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Referring to FIG. 2D, as an example of a polymer derived from a compound containing cyclodextrin as a functional group, the structure of polyacrylamide containing cyclodextrin as a functional group can be confirmed. The polyacrylamide containing the cyclodextrin as a functional group may be prepared by introducing cyclodextrin as a functional group into an acrylamide monomer and then polymerizing the monomer so that a polymer having a desired molecular weight can be obtained. no. In addition, the material of FIG. 2D represents an example of a polymer derived from a compound containing the cyclodextrin as a functional group, and is not limited thereto. For example, the cyclodextrin functional group contained in the polymer may be present in α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, or cyclodextrin, but is not limited thereto. In addition, the polymer is, for example, polyethylene glycol, polyacrylamide, polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene, polypropylene glycol, polypropylene oxide, polytetrahydrofuran, polydimethylsiloxane, polyethylene, polypropylene and It may include, but is not limited to those selected from the group consisting of combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사이클로덱스트린계 물질의 함량은, 상기 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 15 중량%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 사이클로덱스트린계 물질의 함량은, 상기 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 3 중량%, 약 1 중량% 내지 약 6 중량%, 약 1 중량% 내지 약 9 중량%, 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 3 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 6 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 9 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 10 중량%, 약 3 중량% 내지 약 6 중량%, 약 3 중량% 내지 약 9 중량%, 약 3 중량% 내지 약 10 중량%, 약 6 중량% 내지 약 9 중량%, 약 6 중량% 내지 약 10 중량%, 약 9 중량% 내지 약 10 중량% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present disclosure, the content of the cyclodextrin-based material may be about 1 wt% to about 15 wt% based on the total weight of the electrolyte composition, but is not limited thereto. For example, the content of the cyclodextrin-based material may be about 1 wt% to about 1.5 wt%, about 1 wt% to about 3 wt%, about 1 wt% to about 6 wt% based on the total weight of the electrolyte composition. %, About 1% to about 9%, about 1% to about 10%, about 1.5% to about 3%, about 1.5% to about 6%, about 1.5% to about 9% %, About 1.5% to about 10%, about 3% to about 6%, about 3% to about 9%, about 3% to about 10%, about 6% to about 9% %, About 6% to about 10% by weight, about 9% to about 10% by weight, but is not limited thereto.
상기 사이클로덱스트린계 물질이 상기 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 15 중량% 포함되었을 경우, 균질한 전해질 조성물이 형성될 수 있다. 상기 사이클로덱스트린계 물질이 상기 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 15 중량% 초과로 포함되었을 경우에는, 상분리 현상이 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When the cyclodextrin-based material is included from about 1% to about 15% by weight based on the total weight of the electrolyte composition, a homogeneous electrolyte composition may be formed. When the cyclodextrin-based material is included in more than about 15% by weight based on the total weight of the electrolyte composition, phase separation may occur, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 사이클로덱스트린계 물질은, 상기 산화/환원종 중 산화종과 약 0.001:1 내지 약 10:1의 몰비로 상기 전해질 조성물에 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 사이클로덱스트린계 물질이 상기 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 15 중량% 포함되도록 조절하여 상기 사이클로덱스트린계 물질이 상기 산화종과 약 0.001:1 내지 약 10:1의 몰비를 형성할 수 있도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the cyclodextrin-based material may be included in the electrolyte composition in a molar ratio of about 0.001: 1 to about 10: 1 with the oxidized species in the oxidation / reducing species, but is not limited thereto. no. The cyclodextrin-based material is adjusted to include about 1% by weight to about 15% by weight based on the total weight of the electrolyte composition so that the cyclodextrin-based material has a molar ratio of about 0.001: 1 to about 10: 1 with the oxidized species. It can be formed, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전해질 조성물은 전해질 매트릭스를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전해질 매트릭스는 당업계에 공지된 것들을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌옥사이드(PEO)계 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the electrolyte composition may further include an electrolyte matrix, but is not limited thereto. For example, the electrolyte matrix can be used without particular limitation those known in the art, for example, may include a polyethylene oxide (PEO) -based polymer, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전해질 조성물은 염료감응 태양전지용 전해질의 제조에 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에 따른 상기 전해질 조성물이 염료감응 태양전지용 전해질의 제조에 사용되었을 경우, 상기 전해질 조성물에 함유된 사이클로덱스트린계 물질이 상기 전해질 조성물 중의 산화종과 복합체를 형성하여 결과적으로 전자재결합 현상을 방지할 수 있게 됨으로써 상기 염료감응 태양전지의 에너지 변환효율을 높일 수 있다.
According to one embodiment of the present application, the electrolyte composition may be used in the manufacture of an electrolyte for dye-sensitized solar cells, but is not limited thereto. When the electrolyte composition according to the present invention is used in the manufacture of an electrolyte for dye-sensitized solar cells, the cyclodextrin-based material contained in the electrolyte composition may form a complex with the oxidized species in the electrolyte composition, thereby preventing electronic recombination. By doing so, it is possible to increase the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell.
본원의 제 2 측면은, 감광성 염료를 포함하는 광전극; 상기 광전극에 대향되는 상대전극; 및, 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 위치하는 상기 본원의 제 1 측면에 따른 전해질 조성물: 을 포함하는, 염료감응 태양전지를 제공한다. 이하, 상기 염료감응 태양전지에 포함되는 상기 광전극, 상기 상대전극, 및 상기 전해질 조성물에 관하여 순차적으로 부연 설명을 제시하되, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.A second aspect of the present application, the photoelectrode comprising a photosensitive dye; A counter electrode facing the photo electrode; And, the electrolyte composition according to the first aspect of the present application located between the photoelectrode and the counter electrode, provides a dye-sensitized solar cell. Hereinafter, the photo electrode, the counter electrode, and the electrolyte composition included in the dye-sensitized solar cell will be described in detail, but the present application is not limited thereto.
상기 염료감응 태양전지에 포함되는 상기 광전극은 전도성 투명 기재 상에 형성된 반도체층을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전극은 상기 반도체층으로서 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광전극은 전도성 투명 기재 상에 형성된 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 전이금속 산화물 구조체에 흡착된 감광성 염료를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하, 상기 광전극에 포함되는 상기 전도성 투명 기재, 상기 전이금속 산화물 구조체, 및 상기 감광성 염료에 관하여 순차적으로 부연 설명을 제시하되, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.The photoelectrode included in the dye-sensitized solar cell may include a semiconductor layer formed on a conductive transparent substrate. According to the exemplary embodiment of the present application, the photoelectrode may include a transition metal oxide structure as the semiconductor layer, but is not limited thereto. In one embodiment of the present application, the photoelectrode may include a transition metal oxide structure formed on a conductive transparent substrate, and a photosensitive dye adsorbed on the transition metal oxide structure, but is not limited thereto. Hereinafter, the description will be given in detail about the conductive transparent substrate, the transition metal oxide structure, and the photosensitive dye included in the photoelectrode, but the present application is not limited thereto.
상기 광전극에 포함되는 상기 전도성 투명 기재는, 투명 기재 상에 전도성 투명 전극을 증착하여 제조할 수 있다. 상기 전도성 투명 기재 상에 상기 전이금속 산화물 구조체를 형성하는 경우, 광전극으로 이용될 수 있다. The conductive transparent substrate included in the photoelectrode may be manufactured by depositing a conductive transparent electrode on the transparent substrate. When the transition metal oxide structure is formed on the conductive transparent substrate, it may be used as a photoelectrode.
여기에서, 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 기재로 사용할 수 있는 투명 고분자 기재의 재료로는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Herein, the transparent substrate may be used without particular limitation as long as it is a material having transparency to allow incidence of external light. For example, a glass substrate or a transparent polymer substrate may be used. As a transparent polymer base material which can be used as the said transparent base material, For example, polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) , Triacetyl cellulose (TAC), or a copolymer thereof may be used, but is not limited thereto.
상기 투명 기재 상에 형성되는 상기 전도성 투명 전극은, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속 산화물을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 투명 전극은, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용 면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive transparent electrode formed on the transparent substrate is indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), ZnO- Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and a conductive metal oxide selected from the group consisting of a mixture thereof may be formed. For example, the conductive transparent electrode may include, but is not limited to, tin oxide (SnO 2 ) having excellent conductivity, transparency, and heat resistance, or indium tin oxide (ITO), which is inexpensive.
상기 전도성 투명 기재는, 태양광과 같은 빛이 투과되어 내부로 입사될 수 있도록 하여 광전극으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원을 설명하는 명세서에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100%인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.The conductive transparent substrate is intended to be used as a photoelectrode so that light, such as sunlight, can pass through and be incident therein. In addition, the meaning of the word "transparent" in the specification explaining this application includes both the case where the light transmittance of a material is high as well as the case where the light transmittance is high.
상기 광전극에 포함되는 전이금속 산화물 구조체는, 예를 들어, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전이금속 산화물 구조체는 이산화티타늄을 포함할 수 있으며, 특히, 아나타제(anatase) 결정성을 가지는 이산화티타늄을 포함하는 경우, 광촉매, 광전극, 센서 등으로서 유용하게 응용할 수 있다.
The transition metal oxide structure included in the photoelectrode includes, for example, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, It may include, but is not limited to, oxides of transition metals selected from the group consisting of Sm, Ga, and combinations thereof. For example, the transition metal oxide structure may include titanium dioxide, and in particular, when the transition metal oxide structure includes titanium dioxide having anatase crystallinity, it may be usefully applied as a photocatalyst, a photoelectrode, a sensor, and the like.
상기 전도성 투명 기재 상에는 필요에 따라 차단층이 형성될 수 있다. 상기 차단층은 기재 상에 산화물을 일정한 두께로 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 차단층은 기재 상에 당업계에 공지된 물질을 공지된 방법으로 코팅하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단층은 증착, 전기 분해, 또는 습식법에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 차단층의 재료, 및 상기 차단층을 형성하기 위한 열처리 횟수나 조건 등은 본원의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 차단층은, Ti, Cu, Zn, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 차단층은 상기 전도성 투명 기재와 상기 전이금속 산화물 구조체 사이에 접착력을 강화하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 차단층은, 전도성 투명 기재 상에 0.1 M TiCl4 수용액을 스핀 코팅 방법으로 균일하게 도포한 후 450℃ 에서 열처리함으로써 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 광전극에 포함되는 감광성 염료는, 전도성 투명 기재 상에 형성된 전이금속 산화물 구조체가 광전극으로서 사용될 수 있도록 하기 위하여 상기 전이금속 산화물 구조체 상에 흡착되는 것이다. 상기 감광성 염료 중의 염료분자에 광이 입사되어 흡수되면 광전자가 생성되고, 생성된 광전자는 상기 전이금속 산화물 구조체를 통로로 하여 상기 전도성 투명 기재로 전달된다. 예를 들어, 상기 전이금속 산화물 구조체를 상기 감광성 염료가 포함된 용액에 침지하여 상기 감광성 염료를 상기 전이금속 산화물 구조체의 내부 및 외부 표면, 예를 들어, 기공 표면 등에 흡착시킴으로써 코팅할 수 있다.A blocking layer may be formed on the conductive transparent substrate as necessary. The barrier layer may be formed by coating an oxide on the substrate to a predetermined thickness. The barrier layer can be formed on the substrate by coating materials known in the art by known methods. For example, the barrier layer may be formed by vapor deposition, electrolysis, or a wet process, but is not limited thereto. The material of the barrier layer, the number of heat treatments or conditions for forming the barrier layer, and the like can be variously modified within a range capable of achieving the object of the present application. For example, the barrier layer may comprise at least one of Ti, Cu, Zn, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, But are not limited to, oxides of transition metals selected from the group consisting of combinations of the transition metals. The barrier layer serves to enhance adhesion between the conductive transparent substrate and the transition metal oxide structure. For example, the barrier layer may be formed by uniformly applying 0.1 M TiCl 4 aqueous solution on a conductive transparent substrate by a spin coating method and then heat-treating at 450 ° C., but is not limited thereto. The photosensitive dye included in the photoelectrode is adsorbed on the transition metal oxide structure so that the transition metal oxide structure formed on the conductive transparent substrate can be used as the photoelectrode. When light enters and absorbs dye molecules in the photosensitive dye, photoelectrons are generated, and the photoelectrons are transferred to the conductive transparent substrate through the transition metal oxide structure. For example, the transition metal oxide structure may be coated by immersing the photosensitive dye in a solution containing the photosensitive dye by adsorbing the photosensitive dye on the inner and outer surfaces of the transition metal oxide structure, for example, the pore surface.
상기 감광성 염료로는 당업계에 공지된 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 금속의 복합체 형태의 염료를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 중에서, 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있어, 루테늄(Ru)을 포함하는 감광성 염료가 많이 사용된다. 예를 들어, Ru(etc bpy)2(NCS)2·CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기에서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2 이다. 또한, 유기 색소 등을 포함하는 염료가 사용될 수도 있는데, 상기 유기 색소로는, 예를 들어, 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethane), 쿠마린(coumarin), 포르피린(porphyrin), 크산틴(xanthene) 등이 있다. 이들은 단독으로, 또는 루테늄(Ru) 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광선 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
As the photosensitive dye, those known in the art may be used without particular limitation, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), or iridium (Ir). ), Or a dye in the form of a complex of metal including ruthenium (Ru) may be used, but is not limited thereto. Among these, ruthenium (Ru) can form many organometallic composites as an element belonging to the platinum group, and photosensitive dyes containing ruthenium (Ru) are often used. For example, many types of Ru (etc bpy) 2 (NCS) 2 CH 3 CN are used. Where etc is (COOEt) 2 or (COOH) 2 . In addition, dyes including organic dyes and the like may be used. Examples of the organic dyes include riboflavin, triphenylmethane, coumarin, porphyrin, and xanthene. ). They can be used alone or in combination with a ruthenium (Ru) composite to improve the absorption of long wavelengths of visible light, thereby further improving the photoelectric conversion efficiency.
다음으로, 상기 염료감응 태양전지에 포함되는 상기 상대전극은, 상기 광전극에 대향되어 배치될 수 있다. 상기 상대전극은, 전극용 투명 기재 상에 전도성 투명 전극이 형성되어 있는 전도성 투명 기재, 및, 선택적으로, 상기 투명 전극 상에 형성된 전도층을 포함할 수 있다.Next, the counter electrode included in the dye-sensitized solar cell may be disposed to face the photo electrode. The counter electrode may include a conductive transparent substrate having a conductive transparent electrode formed on the transparent substrate for an electrode, and, optionally, a conductive layer formed on the transparent electrode.
상기 상대전극에 있어서 상기 전도성 투명 기재는, 상기 광전극에 이용되는 전도성 투명 기재와 마찬가지로, 투명 기재 상에 전도성 투명 전극을 코팅 또는 증착하여 형성할 수 있다. In the counter electrode, the conductive transparent substrate may be formed by coating or depositing a conductive transparent electrode on the transparent substrate, similarly to the conductive transparent substrate used for the photoelectrode.
여기에서, 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 고분자 기재의 재료로는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Herein, the transparent substrate may be used without particular limitation as long as it is a material having transparency to allow incidence of external light. For example, a glass substrate or a transparent polymer substrate may be used. As the material of the transparent polymer substrate, for example, polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), triacetyl cellulose (TAC) ), Or copolymers thereof, but are not limited thereto.
또한, 이러한 투명 기재 상에 형성되는 상기 전도성 투명 전극은, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속 산화물을 포함하며, 예를 들어, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용 면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, such a transparent base material and the conductive transparent electrodes formed on the indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and mixtures thereof. For example, the conductive metal oxide may have conductivity, transparency, and heat resistance But are not limited to, good tin oxide (SnO 2 ), or inexpensive indium tin oxide (ITO).
여기에서, 상기 전도성 투명 기재를 채용하는 이유는 태양광이 투과되어 내부로 입사될 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원을 설명하는 명세서에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100%인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.Here, the reason for employing the conductive transparent substrate is to allow the sunlight to penetrate into the inside. In addition, the meaning of the word "transparent" in the specification explaining this application includes both the case where the light transmittance of a material is high as well as the case where the light transmittance is high.
한편, 상기 상대전극에 포함되는 상기 전도층은 산화·환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C), 산화텅스텐(WO3), 이산화티타늄(TiO2), 또는 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 상대전극의 일면에 형성된 전도층은 반사율이 높을수록 효율이 우수하므로, 반사율이 높은 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
On the other hand, the conductive layer included in the counter electrode has a role of activating a redox couple. The conductive layer includes platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Ru), palladium (Pd) A conductive material such as Rh, Ir, Os, C, WO 3 , TiO 2 , or a conductive polymer. The conductive layer formed on one surface of the counter electrode has higher efficiency as the reflectance is higher, so it is preferable to select a material having a high reflectivity.
마지막으로, 상기 염료감응 태양전지에 포함되는 상기 전해질 조성물은, 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 위치할 수 있다. 상기 전해질 조성물은 산화·환원 반응에 의하여 상대전극으로부터 전자를 받아 전자를 잃었던 감광성 염료 분자 양이온에게 상기 전자를 전달하여 환원시키는 역할을 수행한다. 상기 전해질 조성물로서, 본원의 제 1 측면에 따른 전해질 조성물, 즉, 산화/환원종; 및, 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 전해질 조성물을 이용할 수 있다. 특히, 본원에 따라 상기 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 전해질 조성물을 이용함으로써 상기 광전극 표면에서 전자재결합 현상을 효과적으로 방지하여 염료감응 태양전지의 에너지 변환효율을 높일 수 있다.
Finally, the electrolyte composition included in the dye-sensitized solar cell may be located between the photoelectrode and the counter electrode. The electrolyte composition serves to reduce the electrons by transferring the electrons to the photosensitive dye molecule cation that has lost electrons by receiving electrons from the counter electrode by an oxidation / reduction reaction. As the electrolyte composition, an electrolyte composition according to the first aspect of the present application, that is, an oxidation / reducing species; And an electrolyte composition including a cyclodextrin-based material. In particular, by using the electrolyte composition containing the cyclodextrin-based material according to the present application can effectively prevent the electronic recombination phenomenon on the surface of the photoelectrode to increase the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell.
상기 광전극과 상기 상대전극의 가장 자리에는 밀봉부가 형성될 수 있다. 상기 밀봉부는 열가소성 고분자물질을 포함하며, 열 또는 자외선에 의하여 경화된다. 구체적인 예로, 밀봉부는 에폭시 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 밀봉부로서 수십 마이크로미터 두께의 고분자 필름을 광전극과 상대전극 사이에 끼워 넣어 간격을 유지할 수 있다.
Seals may be formed at edges of the photoelectrode and the counter electrode. The seal includes a thermoplastic polymer material and is cured by heat or ultraviolet rays. As a specific example, the sealing part may include an epoxy resin, but is not limited thereto. For example, a tens of micrometer-thick polymer film may be sandwiched between the photoelectrode and the counter electrode as a seal to maintain a gap.
본원에서는 상기 사이클로덱스트린계 물질로서 다양한 물질을 포함하는 전해질 조성물을 이용하여 제조된 염료감응 태양전지에 대하여 각각의 전해질 조성물을 이용한 경우에 대하여 상기 염료감응 태양전지의 효율을 측정하였다. 예를 들어, 상기 사이클로덱스트린계 물질로서, α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, 및 γ-사이클로덱스트린 등의 기본적인 형태의 물질뿐만 아니라, 사이클로덱스트린을 포함하는 로탁세인(rotaxane), 사이클로덱스트린을 포함하는 폴리로탁세인(polyrotaxane), 사이클로덱스트린을 작용기로서 함유하는 화합물, 상기 화합물로부터 유래된 올리고머(oligomer), 및 상기 화합물로부터 유래된 폴리머(polymer) 등의 다양한 물질을 이용하여 염료감응 태양전지에 있어서 전자재결합 현상을 가장 효과적으로 방지할 수 있는지, 및 이에 따라 에너지 변환효율을 극대화할 수 있을 것인지를 확인할 수 있었다.In the present application, the dye-sensitized solar cell was measured for the dye-sensitized solar cell manufactured using the electrolyte composition including various materials as the cyclodextrin-based material. For example, as the cyclodextrin-based material, basic materials such as α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, and γ-cyclodextrin, as well as rotaxane and cyclodextrin including cyclodextrin, Dye-sensitized solar cell using various materials such as polyrotaxane, a compound containing cyclodextrin as a functional group, an oligomer derived from the compound, and a polymer derived from the compound In the present invention, it was confirmed whether the electronic recombination phenomenon can be most effectively prevented, and accordingly, the energy conversion efficiency can be maximized.
본원에서는 염료감응 태양전지에 있어서 상기 본원에 따른 전해질 조성물을 사용함으로써 전자재결합 현상을 방지 또는 감소시킬 수 있으며, 이 외에, 상기 본원에 따른 전해질 조성물은, 전자재결합 현상이 문제될 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 상기 본원에 따른 전해질 조성물의 용도는 본원의 명세서에서 예를 들어 설명한 염료감응 태양전지용 전해질에 제한되지 않는다.In the present application, by using the electrolyte composition according to the present application in the dye-sensitized solar cell, it is possible to prevent or reduce the electronic recombination phenomenon, in addition, the electrolyte composition according to the present application, in various fields where the electronic recombination phenomenon may be a problem. Can be applied. Therefore, the use of the electrolyte composition according to the present application is not limited to the electrolyte for dye-sensitized solar cells described for example in the present specification.
또한, 본원의 전해질 조성물에 함유되는 산화/환원종과 관련하여, 본원의 명세서에서는 요오드계 산화/환원종을 중심으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이와 상이한 산화/환원종을 이용하는 전해질 조성물에서도 본원의 작용 원리 및 이에 따른 효과는 그대로 또는 응용되어 적용될 수 있다.
In addition, with respect to the oxidation / reduction species contained in the electrolyte composition of the present application, the present specification has been described with reference to the iodine-based oxidation / reduction species, but is not limited thereto, and even in an electrolyte composition using different oxidation / reduction species. The principle of operation of the present application and the effects thereof can be applied as it is or applied.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present application is not limited thereto.
[[
실시예Example
] ]
<전해질 조성물><Electrolyte Composition>
본 실시예에서는, 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(poly(ethylene-glycol)dimethyl ether; PEGDME, Mn=500, Aldrich Co.)를 전해질 매트릭스(matrix)로서 사용하였으며, 상기 PEGDME에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(1-propyl-3-methyl imidazolium iodide; PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 후술하는 다양한 사이클로덱스트린계 물질을 각각 첨가하여 하기 실시예 1 내지 실시예 12의 전해질 조성물을 제조하였다. In this embodiment, poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME, Mn = 500, Aldrich Co.) was used as the electrolyte matrix, 0.5 M 1 in PEGDME -Propyl-3-methyl imidazolium iodide (PMII) and 0.05 M of I 2 were added to obtain an electrolyte mixture, and then various cyclodextrin-based materials described below were added to the electrolyte mixture. Each was added to prepare an electrolyte composition of Examples 1 to 12 below.
구체적으로, 상기 사이클로덱스트린계 물질의 종류를 각각 달리하여 하기 실시예 1 내지 실시예 12의 전해질 조성물을 제조하였으며, 실시예 1 내지 실시예 12 각각에서 사용된 상기 사이클로덱스트린계 물질의 종류 및 중량%는 하기에 기재한 바와 같다. 상기 사이클로덱스트린계 물질의 중량%는 상기한 PEGDME, PMII 및 I2을 포함하는 전해질 혼합물의 전체 중량을 기준으로 한 것이다. 상기 사이클로덱스트린계 물질을 첨가하지 않은, PEGDME, PMII, 및 I2 을 포함하는 전해질 혼합물은 본원의 실시예들에 대한 비교예로서 제조하여 사용하였다.
Specifically, the electrolyte compositions of Examples 1 to 12 were prepared by varying the types of cyclodextrin-based materials, respectively, and the type and weight% of the cyclodextrin-based materials used in each of Examples 1 to 12. Is as described below. The weight percent of cyclodextrin based material is based on the total weight of the electrolyte mixture comprising PEGDME, PMII and I 2 described above. An electrolyte mixture comprising PEGDME, PMII, and I 2 , without the addition of the cyclodextrin-based material, was prepared and used as a comparative example to the examples herein.
실시예Example 1: One:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 α-사이클로덱스트린을 1.5 wt% 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다.
0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. 1.5 wt% of α-cyclodextrin was added to the resulting electrolyte composition.
실시예Example 2: 2:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 α-사이클로덱스트린을 3 중량% 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. 0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. 3 wt% of α-cyclodextrin was added to the resulting electrolyte composition.
실시예Example 3: 3:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 α-사이클로덱스트린을 6 중량% 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다.
0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. 6 wt% of α-cyclodextrin was added to the resulting electrolyte composition.
실시예Example 4: 4:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 β-사이클로덱스트린을 1.5 중량% 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다.
0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. 1.5 wt% of β-cyclodextrin was added to the resulting electrolyte composition.
실시예Example 5: 5:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 β-사이클로덱스트린을 3 중량% 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. 0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. 3 wt% of β-cyclodextrin was added to the resulting electrolyte composition.
실시예Example 6: 6:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 β-사이클로덱스트린을 6 중량% 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. 0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. 6 wt% of β-cyclodextrin was added to the resulting electrolyte composition.
실시예Example 7: 7:
α-사이클로덱스트린(Acros Organics) 7.25 g을 증류수에 용해시키고 폴리에틸렌옥사이드(poly(ethyleneoxide); PEO, Mn=1900, Aldrich Co.) 0.125 g과 상온에서 하루 동안 반응시킨 후 원심분리 함으로써 도 2b에 나타낸 것과 같은 폴리로탁세인(polyrotaxane)을 제조하였다. 이어서, 전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 상기 제조된 폴리로탁세인 3 중량%를 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. 7.25 g of α-cyclodextrin (Acros Organics) was dissolved in distilled water and reacted with 0.125 g of polyethylene (poly (ethyleneoxide); PEO, Mn = 1900, Aldrich Co.) for 1 day at room temperature, followed by centrifugation. Polyrotaxanes were prepared. Subsequently, 0.5 M of 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M of I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture. An electrolyte composition was prepared by adding 3 wt% of polyrotaxane prepared above to the electrolyte mixture.
실시예Example 8: 8:
상기 실시예 7에서 α-사이클로덱스트린과 폴리에틸렌옥사이드(PEO)를 반응시켜 제조된 폴리로탁세인을 NaOH 수용액에서 20℃에서 36 시간 동안 반응시킴으로써 표면 반응을 유도한 뒤, 45℃에서 2일 동안 NaOH 수용액에 담가 폴리에틸렌옥사이드를 제거함으로써 기공을 가지는 기공성 폴리로탁세인 (도 2d 참고)을 제조하였다. 이어서, 전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 상기 제조된 기공성 폴리로탁세인 3 중량%를 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. In Example 7, the surface reaction was induced by reacting polyrotaxane prepared by reacting α-cyclodextrin and polyethylene oxide (PEO) in an aqueous NaOH solution at 20 ° C. for 36 hours, followed by NaOH at 45 ° C. for 2 days. Pore polyrotaxane (see FIG. 2D) having pores was prepared by removing the polyethylene oxide in an aqueous solution. Subsequently, 0.5 M of 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M of I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture. An electrolyte composition was prepared by adding 3% by weight of the prepared porous polyrotaxane to the electrolyte mixture.
실시예Example 9: 9:
아크릴아마이드 모노머(Aldrich Co.)에 사이클로덱스트린 작용기를 도입하여 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 모노머를 수득한 후, 이를 올리고머화 반응시킴으로써 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 올리고머(Mw=2,000)를 제조하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 전해질 조성물에 상기 아크릴아마이드 올리고머 1.5 중량%를 추가 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다.
Acrylamide oligomer (Mw = 2,000) containing a cyclodextrin functional group was prepared by introducing a cyclodextrin functional group into an acrylamide monomer (Aldrich Co.) to obtain an acrylamide monomer containing a cyclodextrin functional group, followed by oligomerization. It was. An electrolyte composition was prepared by adding 1.5% by weight of the acrylamide oligomer to the electrolyte composition prepared in Example 1.
실시예Example 10: 10:
상기 실시예 9에서 제조된 전해질 조성물에 α-사이클로덱스트린을 1.5 중량% 를 추가 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다.
An electrolyte composition was prepared by adding 1.5 wt% of α-cyclodextrin to the electrolyte composition prepared in Example 9 above.
실시예Example 11: 11:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 올리고머(Mw=2,000) 3 중량%를 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. 여기에서, 상기 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 폴리아크릴아마이드(Mw=2,000)는, 실시예 9에서 제조된 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 올리고머(Mw=2,000)와 동일한 제조 방법으로 제조된 동일한 물질이었다.
0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. An electrolyte composition was prepared by adding 3% by weight of acrylamide oligomer (Mw = 2,000) containing cyclodextrin functional groups. Here, the polyacrylamide (Mw = 2,000) containing the cyclodextrin functional group was the same material prepared by the same preparation method as the acrylamide oligomer (Mw = 2,000) containing the cyclodextrin functional group prepared in Example 9. .
실시예Example 12: 12:
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 전해질 혼합물을 수득한 후 상기 전해질 혼합물에 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 폴리아크릴아마이드(Mw=10,000) 2 중량%를 첨가하여 전해질 조성물을 제조하였다. 여기에서, 상기 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 폴리아크릴아마이드(Mw=10,000)는, 실시예 9에서 제조된 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 올리고머와 동일한 제조 방법으로 제조된 것으로서 분자량을 더욱 증가시켜 수득된 것이다.
0.5 M 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M I 2 were added to poly (ethylene-glycol) dimethyl ether (PEGDME) as an electrolyte matrix to obtain an electrolyte mixture, and then the electrolyte mixture. An electrolyte composition was prepared by adding 2% by weight of polyacrylamide (Mw = 10,000) containing a cyclodextrin functional group. Here, the polyacrylamide (Mw = 10,000) containing the cyclodextrin functional group is prepared by the same manufacturing method as the acrylamide oligomer containing the cyclodextrin functional group prepared in Example 9, and is obtained by further increasing the molecular weight. will be.
비교예Comparative Example ::
전해질 매트릭스로서 폴리(에틸렌-글리콜)디메틸에테르(PEGDME)에 0.5 M의 1-프로필-3-메틸 이미다졸륨 요오드(PMII) 및 0.05 M의 I2을 첨가하여 비교예로서 사용될 전해질 조성물을 제조하였다.
An electrolyte composition to be used as a comparative example was prepared by adding 0.5 M of 1-propyl-3-methyl imidazolium iodine (PMII) and 0.05 M of I 2 to poly (ethylene-glycol) dimethylether (PEGDME) as the electrolyte matrix. .
<상기 전해질 조성물을 포함하는 염료감응 태양전지의 특성 평가><Characteristic Evaluation of Dye-Sensitized Solar Cell Including the Electrolyte Composition>
실험예Experimental Example ::
상기 실시예에서 제조된 각각의 전해질 조성물을 이용하여 염료감응 태양전지를 제조하여 효율을 측정하여 비교 분석하였다.Dye-sensitized solar cells were prepared using the respective electrolyte compositions prepared in the above examples, and measured and analyzed for efficiency.
상기 염료감응 태양전지에 포함되는 광전극을 제조하기 위하여, FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)가 코팅된 투명기판 위에 이산화티타늄 나노입자를 닥터블레이드 방식을 이용하여 2회 코팅하고, 450℃에서 30분 동안 소성함으로써 약 12 μm 두께의 이산화티타늄 나노입자 반도체 층을 형성하였으며, 상기 형성된 이산화티타늄 나노입자 반도체 층에 감광성 염료를 흡착시킴으로써 광전극을 완성하였다. 상기 감광성 염료의 흡착은, 아세토 니트릴과 t-부탄올이 1:1의 부피비로 섞인 용매에 루테늄계 염료인 N719를 0.3 mM의 농도로 용해시킨 염료 용액을 준비한 뒤, 상기 용액에 상기 형성된 이산화티타늄 나노입자 반도체층을 담금으로써 수행되었다. 그 후, 용매로서 아세토니트릴을 이용하여 흡착되지 않고 잔류하는 N719을 제거하고, 질소 처리를 한 뒤 상온에서 건조하였다.In order to manufacture the photoelectrode included in the dye-sensitized solar cell, the titanium dioxide nanoparticles were coated twice on the transparent substrate coated with Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) by using the doctor blade method, and then 30 minutes at 450 ° C. By baking for about 12 μm thick titanium dioxide nanoparticle semiconductor layer was formed, and the photoelectrode was completed by adsorbing a photosensitive dye on the formed titanium dioxide nanoparticle semiconductor layer. Adsorption of the photosensitive dye, after preparing a dye solution in which a solution of ruthenium-based dye N719 at a concentration of 0.3 mM in a solvent in which acetonitrile and t-butanol are mixed in a volume ratio of 1: 1, the titanium dioxide nano formed in the solution It was performed by dipping the particle semiconductor layer. Thereafter, N719 remaining without adsorption was removed using acetonitrile as a solvent, treated with nitrogen, and dried at room temperature.
상기 염료감응 태양전지에 포함된 상대전극은, FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)가 코팅된 투명기판 상에 이소프로판올 용매에 염화백금산(chloroplatinic acid)을 0.01 M 농도로 용해시킨 용액을 스핀코팅 방식으로 코팅한 뒤, 450℃에서 30분 동안 소성함으로써 제조하였다. 상기 상대전극에는, 전해질 주입을 위하여 구멍을 뚫었다.The counter electrode included in the dye-sensitized solar cell is coated by spin coating a solution in which chloroplatinic acid is dissolved in 0.01 M concentration in isopropanol solvent on a transparent substrate coated with FTO (Fluorine-doped Tin Oxide). And then calcined at 450 ° C. for 30 minutes. The counter electrode was drilled to inject electrolyte.
상기 염료감응 태양전지는, 상기 광전극과 상기 상대전극을 접합시킨 후, 상기 상대전극의 구멍을 통하여 상기 실시예 1 내지 12 및 비교예에 따른 각각의 전해질 조성물을 주입하고 상기 상대전극의 구멍을 슬라이드 글라스를 이용하여 실링함으로써 완성되었다. 구체적으로, 상기 전해질 조성물의 주입 후 상기 광전극과 상기 상대전극의 접합은, 25 μm 두께의 설린(Surlyn)을 이용하여 상기 광전극과 상기 상대전극의 전도성 면이 마주 닿도록 한 뒤 90℃ 열압착을 가함으로써 이루어졌다. In the dye-sensitized solar cell, the photoelectrode and the counter electrode are bonded to each other, and the respective electrolyte compositions according to Examples 1 to 12 and Comparative Example are injected through the holes of the counter electrode, and the holes of the counter electrode are closed. It was completed by sealing using a slide glass. Specifically, after the injection of the electrolyte composition, the photoelectrode and the counter electrode are bonded to each other by contacting the conductive surface of the photoelectrode and the counter electrode by using a 25 μm thick Surlyn. By applying compression.
상기한 바와 같이 제조된 염료감응 태양전지는, 셀의 크기가 0.25 cm2 였으며, 이에 따라 상기 염료감응 태양전지의 성능을 측정하는 실험에서는 0.36 cm2 마스크를 이용하였다.In the dye-sensitized solar cell manufactured as described above, the cell size was 0.25 cm 2 , and accordingly, a 0.36 cm 2 mask was used in the experiment for measuring the performance of the dye-sensitized solar cell.
비교예, 및 실시예 1 내지 실시예 12에서 제조된 전해질 조성물을 포함하는 상기 염료감응 태양전지 각각의 성능을 비교하기 위하여, 각각의 개방전압(open-circuit voltage), 단락전류(short-circuit current), 충진계수(fill factor), 및 효율(%)을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다:
In order to compare the performance of each of the dye-sensitized solar cells including the comparative examples and the electrolyte compositions prepared in Examples 1 to 12, each of the open-circuit voltage and the short-circuit current ), Fill factor, and efficiency (%) were measured and the results are shown in Table 1 below:
조성물Composition
또한, 상기 표 1에 나타낸 데이터 중 단락전류와 개방전압 데이터를 이용하여, 도 3에 단락전류-개방전압 그래프를 나타내었다.In addition, the short-circuit current-open voltage graph is shown in FIG. 3 using the short-circuit current and the open-voltage data among the data shown in Table 1 above.
상기 표 1, 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본원의 실시예 1 내지 실시예 12에서처럼 사이클로덱스트린계 물질을 포함하는 전해질 조성물을 이용하여 염료감응 태양전지를 제조할 경우, 사이클로덱스트린계 물질을 포함하지 않는 전해질 조성물(비교예)을 이용하여 염료감응 태양전지를 제조한 경우에 비하여 단략전류 및 효율이 증가하였다.
As shown in Table 1 and Figure 3, when manufacturing a dye-sensitized solar cell using an electrolyte composition comprising a cyclodextrin-based material as in Examples 1 to 12 of the present application, does not include a cyclodextrin-based material Compared to the case where the dye-sensitized solar cell was manufactured using an electrolyte composition (Comparative Example), the current and efficiency increased.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .
Claims (12)
사이클로덱스트린(cyclodextrin)계 물질
을 포함하고,
상기 산화/환원종은, 요오드계 산화/환원종, 브롬계 산화/환원종, 퀴논계 산화/환원종, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하고,
상기 사이클로덱스트린계 물질은 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 올리고머, 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 폴리아크릴아마이드, 또는 이들의 조합을 포함하며, 여기서 상기 사이클로덱스트린 작용기는 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하며,
상기 산화종과 상기 사이클로덱스트린계 물질이 상호작용을 일으켜 전자재결합 현상이 방지되는 것인,
전해질 조성물.
Oxidation / reducing species; And
Cyclodextrin-based materials
/ RTI >
The oxidation / reduction species include those selected from the group consisting of iodine-based oxidation / reduction species, bromine-based oxidation / reduction species, quinone-based oxidation / reduction species, and combinations thereof,
The cyclodextrin-based material includes acrylamide oligomers containing cyclodextrin functional groups, polyacrylamides containing cyclodextrin functional groups, or combinations thereof, wherein the cyclodextrin functional groups are α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, and combinations thereof,
The oxidized species and the cyclodextrin-based material will interact to prevent the electronic recombination phenomenon,
Electrolyte composition.
상기 요오드계 산화/환원종은 I-/I3 -을 포함하는 것인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The iodine-based oxidation / reduction species of I - / I 3 - which comprises the electrolyte composition.
상기 요오드계 산화/환원종을 형성하기 위한 요오드화염은, 알칼리 금속의 요오드화염, n-메틸이미다졸륨 요오드, n-에틸이미다졸륨 요오드, 1-벤질-2-메틸이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-s-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-엑틸이미다졸륨 요오드, 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-프로필-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 요오드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The iodide salts for forming the iodine-based oxidation / reduction species include iodide salts of alkali metals, n-methylimidazolium iodine, n-ethylimidazolium iodine, 1-benzyl-2-methylimidazolium iodine, 1 -Ethyl-3-methylimidazolium iodine, 1-butyl-3-methylimidazolium iodine, 1-methyl-3-propylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodine, 1- Methyl-3-butylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isobutylimidazolium iodine, 1-methyl-3-s-butylimidazolium iodine, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodine, 1 -Methyl-3-isopentylimidazolium iodine, 1-methyl-3-hexylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isohexylimidazolium iodine, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodine, 1 , 2-dimethyl-3-propylimidazolium iodine, 1-ethyl-3-isopropylimidazolium iodine, 1-propyl-3-propylimidazolium iodine, 1-propyl-3-methylimidazolium iodine, And this An electrolyte composition comprising one selected from the group consisting of a combination of the two.
상기 사이클로덱스트린(cyclodextrin)계 물질은, 상기 산화/환원종 중 산화종과 복합체(complex)를 형성함으로써 전자와 상기 산화종의 재결합(electronic recombination)을 방지하는 것인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The cyclodextrin-based material is an electrolyte composition, which prevents electronic recombination of electrons and the oxidized species by forming a complex with the oxidized species of the oxidized / reduced species.
상기 사이클로덱스트린계 물질은, 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 아크릴아마이드 올리고머, 사이클로덱스트린 작용기를 함유하는 폴리아크릴아마이드, 또는 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것에, α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 첨가하여 블렌딩함으로써 형성된 것을 포함하는 것인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The cyclodextrin-based material is selected from the group consisting of acrylamide oligomers containing cyclodextrin functional groups, polyacrylamides containing cyclodextrin functional groups, or combinations thereof, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, An electrolyte composition comprising one formed by adding and blending one selected from the group consisting of γ-cyclodextrin, and combinations thereof.
상기 사이클로덱스트린계 물질의 함량은, 상기 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 15 중량%인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The content of the cyclodextrin-based material is 1% by weight to 15% by weight based on the total weight of the electrolyte composition.
상기 사이클로덱스트린계 물질은, 상기 산화-환원종 중 산화종과 0.001:1 내지 10:1의 몰비로 상기 전해질 조성물에 포함되는 것인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The cyclodextrin-based material is an electrolyte composition, which is included in the electrolyte composition in a molar ratio of 0.001: 1 to 10: 1 with the oxidized species in the redox species.
상기 전해질 조성물은 염료감응 태양전지용 전해질의 제조에 사용되는 것인, 전해질 조성물.
The method of claim 1,
The electrolyte composition is used in the manufacture of an electrolyte for dye-sensitized solar cells, electrolyte composition.
상기 광전극에 대향되는 상대전극; 및,
상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 위치하는 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 및 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 전해질 조성물
을 포함하는, 염료감응 태양전지.A photoelectrode comprising a photosensitive dye;
A counter electrode opposite to the photoelectrode; And
The electrolyte composition according to any one of claims 1, 3 to 5, and 8 to 11, located between the photoelectrode and the counter electrode.
A dye-sensitized solar cell.
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| JP2005071895A (en) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Toyo Ink Mfg Co Ltd | Electrolyte composition for dye-sensitized photoelectric transfer element, and photoelectric transfer element using it |
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| Title |
|---|
| Chem. Rev., Vol. 106, pp. 782~817 (2006.) * |
| Chem. Rev., Vol. 106, pp. 782~817 (2006.)* |
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