KR101429654B1 - 색소 증감 태양전지 - Google Patents
색소 증감 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101429654B1 KR101429654B1 KR1020107003108A KR20107003108A KR101429654B1 KR 101429654 B1 KR101429654 B1 KR 101429654B1 KR 1020107003108 A KR1020107003108 A KR 1020107003108A KR 20107003108 A KR20107003108 A KR 20107003108A KR 101429654 B1 KR101429654 B1 KR 101429654B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dye
- electrode
- solar cell
- sensitized solar
- conductive polymer
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 91
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims abstract description 87
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 56
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 48
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 47
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 45
- -1 lithium halide Chemical class 0.000 claims description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 19
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 4
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 3
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920003050 poly-cycloolefin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 125000005619 boric acid group Chemical group 0.000 claims 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims 2
- 125000002777 acetyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 112
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 98
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 98
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 50
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 41
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 39
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 31
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 31
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 26
- 239000012327 Ruthenium complex Substances 0.000 description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 14
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 13
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 11
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 11
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 10
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 8
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 6
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 5
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- QENGPZGAWFQWCZ-UHFFFAOYSA-N 3-Methylthiophene Chemical compound CC=1C=CSC=1 QENGPZGAWFQWCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 4
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 4
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000000434 metal complex dye Substances 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 229920000205 poly(isobutyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 3
- RILZRCJGXSFXNE-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(trifluoromethoxy)phenyl]ethanol Chemical compound OCCC1=CC=C(OC(F)(F)F)C=C1 RILZRCJGXSFXNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 2-methylphenol;3-methylphenol;4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C=C1.CC1=CC=CC(O)=C1.CC1=CC=CC=C1O QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QUKGVEYDVQUXJG-UHFFFAOYSA-N 2-octyl-1h-pyrrole Chemical compound CCCCCCCCC1=CC=CN1 QUKGVEYDVQUXJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAJAQTYSTDTMCU-UHFFFAOYSA-N 3-aminobenzenesulfonic acid Chemical compound NC1=CC=CC(S(O)(=O)=O)=C1 ZAJAQTYSTDTMCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N Acetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=CC=C1 KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 2
- DPOPAJRDYZGTIR-UHFFFAOYSA-N Tetrazine Chemical compound C1=CN=NN=N1 DPOPAJRDYZGTIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 2
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N coumarin Chemical compound C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 description 2
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- RHFUXPCCELGMFC-UHFFFAOYSA-N n-(6-cyano-3-hydroxy-2,2-dimethyl-3,4-dihydrochromen-4-yl)-n-phenylmethoxyacetamide Chemical compound OC1C(C)(C)OC2=CC=C(C#N)C=C2C1N(C(=O)C)OCC1=CC=CC=C1 RHFUXPCCELGMFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 2
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 2
- 235000011044 succinic acid Nutrition 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 2-dodecylbenzenesulfonic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDJHALXBUFZDSR-UHFFFAOYSA-N Acetoacetic acid Natural products CC(=O)CC(O)=O WDJHALXBUFZDSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002879 Lewis base Substances 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001449 anionic compounds Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 description 1
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L copper;diiodide Chemical compound I[Cu]I GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229960000956 coumarin Drugs 0.000 description 1
- 235000001671 coumarin Nutrition 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- WOWBFOBYOAGEEA-UHFFFAOYSA-N diafenthiuron Chemical compound CC(C)C1=C(NC(=S)NC(C)(C)C)C(C(C)C)=CC(OC=2C=CC=CC=2)=C1 WOWBFOBYOAGEEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940060296 dodecylbenzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002220 fluorenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007527 lewis bases Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 125000001434 methanylylidene group Chemical group [H]C#[*] 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012860 organic pigment Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000001007 phthalocyanine dye Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002265 redox agent Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GKXDJYKZFZVASJ-UHFFFAOYSA-M tetrapropylazanium;iodide Chemical compound [I-].CCC[N+](CCC)(CCC)CCC GKXDJYKZFZVASJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000001018 xanthene dye Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
- H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
- H01G9/2009—Solid electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명의 색소 증감 태양전지는, 투명 기판, 광 투과성 전극, 색소를 담지한 금속 산화물층, 전해질 폴리머층, 대향전극 및 대향전극 기판이 이 순서로 적층되어 이루어지고, 이 전해질 폴리머층이 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (A) 및 상기 도핑제의 도판트 이온종과 상호 치환 가능한 이온성 화합물 (B)를 함유하는 솔리드 스테이트층인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 장기간에 걸쳐 안정적으로 광을 직접 전기로 변환할 수 있음과 아울러, 그 변환효율의 시간에 따른 변화가 작다.
본 발명에 의하면, 장기간에 걸쳐 안정적으로 광을 직접 전기로 변환할 수 있음과 아울러, 그 변환효율의 시간에 따른 변화가 작다.
Description
본 발명은 루테늄 착체 등의 색소를 사용하여 증감하는 광전변환 소자인 색소 증감형의 태양전지에 관한 것이다.
광을 전기로 직접 변환하는 태양전지는, CO2를 배출하지 않고 발전할 수 있어, 지구온난화 등에 대한 악영향을 미치지 않는 발전 시스템으로서 주목받고 있다. 이러한 태양전지는, 당초는 실리콘의 단결정을 사용한 것이나, 아몰포스 실리콘을 사용한 금속 반도체 접합형이 중심이었지만, 제조비용이 높기 때문에, 최근, 재료 비용이 저렴한 색소 증감형의 태양전지가 주목받고 있다.
색소 증감 태양전지는, 애노드 전극(전자 취출측)에 티타니아 등의 n형 반도체 특성을 갖는 금속 산화물을 갖고, 일반적으로 이들 n형 반도체는 수광 표면적을 높이기 위해, 나노 다공성 형상을 갖도록 되어 있다. 또, 통상의 금속 산화물만으로는 여기 가능한 파장영역이 단파장에만 존재하기 때문에, 통상은 루테늄 착체 등의 금속 착체 색소를 담지시킨다.
이들 색소가 실질적으로 광 여기 함으로써, 전하는 n형 반도체인 금속 산화물 로 이동하고, 전하 분리된다. 그 때 전자 결핍상태에 있는 색소에 대하여 전하를 주입하기 위하여, 통상은 요오드 및 요오드화 리튬으로 구성된 I-/I3 -의 레독스 작용이 있는 전해질층이 적층되어 있고, 이 전해질층이 색소측에 전하를 주입한다. 또, 애노드 전극으로부터 취출된 전하는 전자회로 등의 서킷을 거쳐 대향 전극(캐소드 전극)으로 되돌아오고, 이 대향전극으로부터 전해질층에 전하가 주입된다. 이 반복에 의해 광을 전기로 변환하고 있다.
그리고, 이러한 색소 증감 태양전지에서의 전해질층은 부식성을 가지고 있고, 특히 캐소드 전극(전하를 전해질층에 방출하는 쪽)에 관해서는, 내부식성을 가지고 표준전극 전위로서 정값(正値)이 높은 백금 등이 사용된다.
또, 산화환원쌍의 이동도를 높게 하기 위하여, 전해질층으로서 용제 등의 전개액이 더 사용된다. 이 때문에, 이들 유동성이나 휘발성을 갖는 재료를 밀봉하지 않으면 안 되어, 태양전지 셀 제조에 있어서 대단히 큰 과제라 할 수 있다.
이 때문에, 대향전극에 p형 반도체로서의 도전성 폴리머를 백금 대체재로서 사용하는 검토나, 산화환원층으로서 이온성 액체를 사용하는 수법, 겔화제에 의해 고형화하는 수법, 요오드화 구리를 사용한 고체층계 등을 사용하는 수법 등이 검토되어 왔다.
또, 통상은 도전성 기판으로서 주석을 도핑한 산화 인듐(ITO) 또는 불소를 도핑한 산화주석(FTO) 등의 주석계 산화물을 사용함으로써, 투명성(수광성)을 부여하고 있지만, 이것들도 전해질층에 의한 부식을 막기 위하여 배리어층 등을 설치하는 검토가 되고 있는 점에서, 태양전지 셀이 커진 경우 ITO나 FTO 등의 전극에서는 전극 내 저항이 높아 충분한 집전효과가 없기 때문에, 다시 집전선의 배선이 필요하게 된다.
그런데, 일본 특개 2005-223038호 공보(특허문헌 1)에는, 표면에 색소가 흡착된 n형 반도체 전극과 전자 전도성 전극 사이에, 정공 수송성 고분자 전해질막이 개재된 적층 구조를 구비한 광전변환 소자에 있어서, 상기 정공 수송성 고분자 전해질막이 공액계 도전성 고분자와 섬유상 도전체를 함유하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자가 개시되어 있다.
이 특허문헌 1에서는, 정공 수송성 고분자 전해질 용액으로서 피롤과, 폴리이소프렌술폰산과, 술폰산화된 카본 나노튜브와의 혼합 수용액에, 과황산암모늄과 황산제2철과의 용액을 가하여 술폰산화된 카본 나노튜브를 함유하는 도전성 폴리머를 제조하고, 이것을 농축하고 아세토니트릴을 가하여 페이스트 형상으로 만들어 도포해서 정공 수송성 고분자 전해질층으로 하거나, 상기의 정공 수송성 고분자 전해질 용액에, 아세토니트릴에 용해한 테트라프로필암모늄요오디드 및 요오드의 산화환원쌍을 가한 페이스트를 도포하여 정공 수송성 고분자 전해질층으로 하고 있다.
그렇지만, 이들 정공 수송성 고분자 전해질층도 분산제를 포함한 페이스트를 도포하여 건조함으로써 형성되어 있기 때문에, 잔존하는 물 또는 기화 성분에 의해 부풀어오름, 박리 등이 일어날 우려가 있고, 또한 산화환원쌍을 분산한 전해질층으로 하고 있기 때문에, 산화환원 반응하에서의 전극의 부식이 발생해 버린다.
이 때문에, 대향전극재에 백금과 같은 내부식성이 높은 것을 사용할 필요가 있었다. 또, 애노드측의 투명 전극으로서도, FTO 등이 사용되고 있어, 전극의 형성에 진공증착 장치를 필요로 하는 등, 전극의 형성을 위해 대규모의 장치가 필요할 뿐만 아니라, 셀의 대형화에 수반되는 집전선의 재배선이 필요하게 되기 때문에, 새로운 개량이 요망되고 있다.
본 발명은, 전해질층이 도핑제가 도핑된 도전성 폴리머와, 이 도판트 이온종과 상호치환 가능한 이온성 화합물로 이루어지는 솔리드 스테이트층인 신규한 구성을 갖는 색소 증감 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한 본 발명은 전극에 대하여 부식성이 없는 전해질 폴리머층을 갖는 색소 증감 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 색소 증감 태양전지는, 투명 기판, 광 투과성 전극, 색소를 담지한 금속 산화물층, 전해질 폴리머층, 대향전극 및 대향전극 기판이 이 순서로 적층되어 이루어지고, 이 전해질 폴리머층이 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (A) 및 상기 도핑제의 도판트 이온종과 상호치환 가능한 이온성 화합물 (B)를 함유하는 솔리드 스테이트층인 것을 특징으로 하고 있다. 또, 광 투과성 전극과, 색소를 담지한 금속 산화물층 사이에, 단락 방지용 버퍼층을 형성해도 된다.
본 발명의 색소 증감 태양전지에서는, LiI/I2 등을 사용한 레독스 반응을 이용한 색소 증감 태양전지와 달리, 솔리드 스테이트층에, 도전성 폴리머 (A)에 도핑하고 있는 도핑제의 도판트 이온종과 상호치환 가능한 이온성 화합물 (B)를 배합하여, 도판트 이온종이 서로 치환하여 전하를 이송함으로써, 기전력을 발생시킨다고 하는 새로운 메커니즘을 사용한 색소 증감 태양전지이다.
본 발명의 색소 증감 태양전지는, 전해질 폴리머층이, 도판트 이온종이 도핑된 도전성 폴리머와 이 도판트 이온종에 대하여 상호치환 가능한 이온성 화합물을 함유하고, 이것들의 조합에 의해 도전성 폴리머의 도판트 이온종과 이온성 화합물의 상호 전자 주고받음에 의해 전하이송을 행하고 있기 때문에, 전해질 폴리머층이 휘발성성분을 포함하지 않는 솔리드 스테이트층으로 되고, 따라서, 장기간의 사용에 의해서도 부풀어오름, 박리 등에 의한 기능부전을 일으키기 어렵고, 장기 사용에 의한 열화가 적다.
또한, 이 전해질 폴리머층은, 전극에 대하여 부식성이 없고, 또한 액상 성분도 거의 함유하고 있지 않으므로, 전극으로서 구리 등으로 형성된 메시 전극을 사용할 수 있다. 또한, 액상 성분을 포함하지 않고, 전자의 전달을 도판트 이온종과 카운터 이온 화합물에 의해 행하기 때문에, 루테늄 등의 금속 착체가 담지된 산화티탄으로 이루어지는 애노드 전극이 활락(slip-off)하지 않고, 따라서 장기간에 걸쳐, 안정한 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 색소 증감 태양전지의 단면의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 색소 증감 태양전지의 단면의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 색소 증감 태양전지의 단면의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
다음에 본 발명의 색소 증감 태양전지에 대하여, 구체적으로 설명한다.
본 발명의 색소 증감 태양전지는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 투명 기판, 광 투과성 전극, 색소를 담지한 금속 산화물층, 전해질 폴리머층, 대향전극 및 대향전극 기판이 이 순서로 적층된 적층구조를 갖는다. 또, 도 2에 도시되는 바와 같이, 광 투과성 전극과 색소를 담지한 금속 산화물층과의 사이에, 단락 방지용 버퍼층이 적층 되어 있어도 된다.
본 발명의 색소 증감 태양전지에서, 투명 기판으로서는 광투과율이 통상은 50% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 필름 또는 판을 사용할 수 있다. 이러한 투명 기판의 예로서는 유리와 같은 무기 투명 기판; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에스테르술폰, 폴리알킬(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 폴리시클로올레핀 등의 고분자 투명 기판을 들 수 있다.
이러한 투명 기판 두께는 무기 투명 기판의 경우에는, 통상은 2000∼7000㎛이며, 고분자 투명 기판의 경우에는, 통상은 20∼4000㎛, 바람직하게는 20∼2000㎛의 범위 내에 있다. 고분자 투명 기판의 경우에, 상기와 같은 두께의 고분자 투명 기판을 사용함으로써, 얻어지는 색소 증감 태양전지에 가요성을 부여할 수 있다.
이러한 투명 기판의 일방의 면에는 광 투과성 전극이 배치되어 있다. 여기에서 사용되는 광 투과성 전극으로서는 산화주석, ITO, FTO, 구리 등의 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 메쉬 형상 도전성 금속 전극을 들 수 있다. 광 투과성 전극이 산화주석, ITO 또는 FTO인 경우, 이 광 투과성 전극의 두께는 통상은 0.01∼1㎛, 바람직하게는 0.01∼0.5㎛의 범위 내에 있다.
또, 구리 등의 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 메쉬 형상 도전성 금속전극은 구리, 니켈, 알루미늄 등의 도전성 금속을 사용하여, 예를 들면, 포토리소그래프법에 의해, 선폭이 통상은 10∼70㎛, 바람직하게는 10∼20㎛이며, 피치 폭이 통상은 50∼300㎛, 바람직하게는 50∼200㎛의 메시를 형성하도록 에칭함으로써 형성할 수 있다. 이 때의 메쉬 형상 도전성 금속 전극의 도선의 두께는 사용하는 도전성 금속의 두께와 대략 동일하게 되고, 통상은 8∼150㎛, 바람직하게는 8∼15㎛의 범위 내에 있다.
광 투과성 전극이 산화주석, ITO 또는 FTO인 경우에는, 증착 또는 스퍼터링 등에 의해, 투명 기판의 표면이 산화주석, ITO 또는 FTO로 이루어지는 광 투과성 전극을 형성할 수 있다. 또, 도전성 금속을 메시 모양으로 형성한 도전성 금속 전극은 투명 기판의 표면에 점착제 등을 사용하여 첩착(貼着)함으로써 광 투과성 전극을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같은 광 투과성 전극의 표면에 색소를 담지한 금속 산화물층을 형성한다. 여기에서 사용하는 금속 산화물로서는 n형 반도체 전극을 형성할 수 있는 금속 산화물이며, 산화티탄, 산화아연, 산화주석, 산화철, 산화텅스텐, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화탄탈 등을 들 수 있다. 이것들은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
특히 본 발명에서는, 광촉매성을 갖는 나노 산화티탄 및 나노 산화아연을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 산화물의 평균 1차 입자직경은 통상은 3∼200nm, 바람직하게는 7∼30nm의 범위 내에 있다. 본 발명에서 사용하는 금속 산화물은 상기와 같은 평균 1차 입자직경을 갖는 금속 산화물의 응집체이어도 된다.
이러한 금속 산화물에, 이 금속 산화물에 대하여 불활성한 용매를 가하여 금속 산화물의 페이스트를 형성한다. 금속 산화물로서 광촉매성을 갖는 나노 산화티탄을 사용하는 경우에는, 페이스트를 조제할 때의 용매로서 물, 알코올류, 물-알코올 혼합용매 등을 사용할 수 있다. 또, 분산을 쉽게 하기 위하여 파라톨루엔술폰산과 같은 분산제를 소량 첨가할 수도 있고, 응집성을 향상시키기 위하여 과산화수소 등의 산화제를 미량 첨가할 수도 있다. 또, 금속 산화물의 응집성을 향상시키기 위하여, 4염화티탄이나 테트라알콕시티탄 등의 결합제를 미량 첨가해도 된다.
또한, 이 금속 산화물에는, 귀금속을 담지시킬 수도 있다. 예를 들면, 광촉매성을 갖는 나노 산화티탄의 페이스트를 조제할 때의 볼 밀 등을 사용한 그라인딩 시에, 귀금속인, 예를 들면, 백금 콜로이드를 첨가하여 초음파 분산시킴으로써, 금속 산화물에 백금을 담지시킬 수 있다. 또한 상기 귀금속으로서 은 나노 콜로이드 입자를 사용해도 된다. 이러한 귀금속의 담지량은 금속 산화물 100중량부에 대하여, 통상은 0.1∼10중량부, 바람직하게는 0.5∼5중량부이다. 또한 담지되는 귀금속의 평균 1차 입자직경은 통상은 4∼100nm의 범위 내에 있다.
상기한 바와 같이 하여 조제된 금속 산화물의 페이스트를, 투명 기판의 표면에 형성한 광 투과성 전극, 또는 후술하는 단락 방지용 버퍼층을 설치하는 경우에는 그 표면에 도포한다. 이 때의 금속 산화물 페이스트의 도포 두께는, 건조 두께로, 통상은 0.5∼100㎛, 바람직하게는 1∼30㎛의 범위 내에 있다.
이렇게 하여 도포된 금속 산화물 페이스트를 가열하여 용매를 제거함으로써 금속 산화물층을 형성할 수 있다. 이 때의 온도는 사용한 용매의 비점 근방의 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 물-에탄올 혼합용매를 사용한 경우에는, 에탄올의 비점 근방의 80℃ 부근에서 일단 가열하고, 그 후에 물의 비점 이상의 온도인 120℃ 부근의 온도에서 가열하는 것이 바람직하다.
또, 통상은 건조만으로는 충분한 고착을 할 수 없기 때문에, 투명 기판으로서 유리 기판 등을 사용하는 경우에는, 건조 후의 기판을 또한 400∼500℃에서 30분∼1시간 정도 소결시킨다.
이렇게 하여 형성된 금속 산화물층에 색소를 담지시킨다. 여기에서 사용되는 색소로서는, 루테늄 착체 색소, 그 밖의 금속 착체 색소 등의 금속 착체 색소, 메틴 색소, 크산텐 색소, 포르피린 색소, 멜로시안 색소, 올리고티오펜 색소, 프탈로시아닌 색소, 아조계 색소, 쿠마린계 색소 등의 유기 색소를 들 수 있다. 이들 색소는 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 특히 다음 화학식 1로 표시되는 루테늄 착체 색소를 사용하는 것이 바람직하다.
(화학식 1)
우선, 이 색소를 용해가능한 용매, 예를 들면, 아세토니트릴에 색소를 용해시킨 용액을 조제한다. 이 때의 색소 용액의 농도는 통상은 색소 0.01∼0.1몰/용매 1000ml의 범위 내로 한다. 이 색소 용액 중에 상기한 바와 같이 하여 금속 산화물층이 형성된 투명 기판을 소정 시간 침지한 후, 이 기판을 끌어올린다. 이어서 잉여의 색소를, 색소 용액을 형성하고 있던 용매로 세정하여 제거하고, 또한 용매를 건조 제거함으로써 금속 산화물에 색소를 담지시킬 수 있다.
색소 용액에 투명 기판을 침지하는 온도는 통상은 20∼50℃이며, 이러한 온도에서 통상은 30분∼24시간 침지한다. 이 때의 색소의 담지량은 형성된 금속 산화물의 전체 표면을 색소 1분자분의 레벨로 피복되어 있으면 충분하고, 이를 위해, 통상은 금속 산화물 표면의 히드록실기와 화학결합할 수 있는 카르복실기를 갖는 색소가 사용된다. 이 때문에, 표면에서 충분한 화학결합이 이루어져 있으면, 색소 담지 처리를 행한 후 충분한 세정을 행함으로써, 여분의 색소 성분은 표면으로부터 제거된다. 반대로 이 세정 공정을 충분히 행하지 않고, 색소 분자가 다중으로 금속 산화물표면에 담지되어 있는 경우에는, 이 색소 분자 사이에서 전하 이송이 일어나, 본래, n형 반도체로 이송해야 할 전하가 색소 분자 사이에서 소비되어 효율을 현저하게 악화시킨다.
본 발명과 같이 전해질 폴리머층이 솔리드 스테이트층인 색소 증감 태양전지에서는, 예를 들면, 금속 산화물로서 산화티탄을 사용하는 경우, 색소를 담지한 산화티탄이나, 이 산화티탄에 의해 피복되지 않은 광 투과성 전극에, 후술하는 도전성 폴리머가 접촉한다. 이 때문에, 여기 전자가 색소로부터 산화티탄, 이어서 광 투과성 전극으로 이동하여 외부회로로 흐르기 전에, 이 전자가 도전성 폴리머에 흘러버려, 색소 증감 태양전지의 셀 내부에서 단락하는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 색소 증감 태양전지의 경우(특히 전해질 폴리머층에 용제 용해성이 높고, 나노 다공성 산화티탄 내부로의 침투성이 높은 도전성 폴리머를 사용하는 경우)에는, 광 투과성 전극과 색소를 담지한 금속 산화물층 사이에, 단락 방지용 버퍼층을 설치하는 것이 바람직하다.
단락 방지용 버퍼층은 n형 반도체 특성을 갖는 재료이며, 또한 박막(5000nm 이하)에서의 투명성을 갖는 재료로 형성된 층이면 특별히 제한은 되지 않는다. 예를 들면, 졸겔법에 의해 형성된 산화티탄 박막, 산화티탄 이외의 금속 산화물 반도체의 분산액을 사용하여 형성된 박막, 폴리알킬플루오렌류의 n형 반도체 특성을 갖는 도전성 고분자막, 비스나프틸옥사디아졸 등의 저분자 유기 n형 반도체막 등을 들 수 있다. 금속 산화물층에 있어서의 금속 산화물로서 나노 산화티탄을 사용하는 경우에는, 이 금속 산화물과의 일함수를 맞추기 위하여, 이 금속 산화물층과 동질의 나노 산화티탄 박막을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 산화티탄 박막은, 예를 들면, 졸겔법을 사용하는 경우, 전구체인 테트라이소프로폭시티탄 등의 알콕시 티탄을 알코올류 용제에 용해시키고, 얻어진 용액에 가수분해 촉매로서 금속 산화제, 아민, 프로톤산, 염화티탄 등을 배합한 졸액을 광 투과성 전극 상에 도포 및 건조하고, 가열함으로써 형성할 수 있다.
또, 투명 기판으로서 유리 등의 내열성 재료를 사용하는 경우에는, 상기 가수분해 촉매를 첨가하지 않고, 알콕시티탄을 단독으로 광 투과성 전극 상에 도포 및 건조하고, 350℃ 이상으로 가열함으로써, 충분한 단락 방지 기능을 갖는 산화티탄 박막을 형성할 수 있다.
이렇게 하여 형성된 상기 단락 방지용 버퍼층의 두께는 통상은 50∼5000nm, 바람직하게는 100∼1000nm의 범위 내에 있다.
이렇게 하여 필요에 따라 광 투과성 전극과 색소를 담지한 금속 산화물층과의 사이에 단락 방지용 버퍼층을 설치하고, 상기한 바와 같이 하여 색소를 담지하는 애노드 전극을 형성한 뒤, 이 애노드 전극 상에 전해질 폴리머층을 형성한다. 본 발명에서, 이 전해질 폴리머층은 솔리드 스테이트이며, 액상은 아니다.
즉, 본 발명에서, 전해질 폴리머층은 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (A)와, 이 도핑제의 도판트 이온종과 상호 치환 가능한 이온성 화합물 (B)를 함유하는 솔리드 스테이트층이다.
여기에서 사용되는 도전성 폴리머 (A)의 예로서는 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리페닐렌술피드, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리아닐린, 폴리페리나프탈렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리옥사디아졸, 폴리[Fe프탈로시아닌(테트라진)] 등을 들 수 있다. 이것들은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
특히 본 발명에서는 도전성 폴리머 (A)로서 폴리아닐린(PANI), 폴리알킬피롤(알킬이 옥틸일 때 「POPY」), 폴리티오펜을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 폴리아닐린, 폴리알킬피롤, 폴리티오펜이 알킬기, 카르복실기, 술폰산기, 알콕실기, 히드록시기, 에스테르기, 시아노기 등의 치환기를 가지고 있어도 된다.
상기한 바와 같은 도전성 폴리머 (A)에 도핑되는 도핑제는 음이온성 화합물이면 어느 화합물이어도 가능하지만, 일반적으로는, 파라톨루엔술폰산, 비스2에틸헥실술포숙신산, 아미노벤젠술폰산, 폴리스티렌술폰산, 도데실벤젠술폰산 등의 술폰산 화합물; 포름산, 아세트산, 숙신산, 아디프산 등의 카르복실산 화합물; 염소, 요오드, 브롬 등의 할로겐 화합물; 불화 붕산, 불화 인산 등의 루이스산 화합물; 크레졸이나 나프타놀 등의 페놀 화합물; 아세토페논, 아세틸아세톤, 아세토아세트산 등의 아세틸 화합물 등의, 억셉터형의 도핑제를 들 수 있다.
이들은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
상기한 바와 같은 도핑제의 도전성 폴리머 (A)에 대한 도핑량은 도전성 폴리머 (A)의 모노머 구성 몰수에 대하여 통상은 25∼100mol/mol%, 바람직하게는 40∼80mol/mol%이다.
상기한 바와 같이 도전성 폴리머 (A)에 도핑되어 전해질 폴리머층을 구성하는 도판트 이온종은 전해질 폴리머층 중에 존재하는 이온성 화합물 (B)와 상호 치환이 가능하다.
여기에서 전해질 폴리머층 중에 존재하는 이온성 화합물 (B)로서는 루이스산염 (b-1-1), 알칼리 금속염 (b-1-2), 금속 킬레이트 화합물 (B-1-3)을 들 수 있다.
또한 전해질 폴리머층 중에 존재하는 이온성 화합물 (B)로서는 특히 할로겐화 리튬, 루이스산의 리튬염, 루이스산의 암모늄염 등이 바람직하다. 특히 양이온종으로서는 분자량이 작고 이동도가 큰 리튬이 특히 바람직하지만, 이들 리튬염 화합물의 도전성 폴리머 (A)에 대한 용해성은 통상 그다지 좋지 않기 때문에, 용해성을 개선하기 위하여, 루이스산의 암모늄염 등도 사용한다.
본 발명에서의 루이스산 또는 할로겐 음이온에 관해서는, 도전성 폴리머 (A)에 대한 도핑이 가능하고, 또, 카운터 이온으로서의 양이온종의 리튬이나 암모늄에 관해서는, 도전성 폴리머 (A)로부터 탈도핑한 음이온성 도판트 이온종의 카운터 이온으로서 작용한다.
이 때문에, 본 발명에서, 종래의 산화환원 성분으로서의 I-/I3 -과 같은 산화환원쌍이 필요하지 않고, 도전성 폴리머 (A)의 도판트 이온종 및 첨가한 이온성 화합물 (B) 사이에서의 상호 전하 주고받음, 및 도전성 폴리머의 산화환원성에 의해 전해질 폴리머층으로서의 기능을 유지할 수 있다. 따라서 본 발명은, 대향전극으로서, 구리 등의 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 메쉬 형상 도전성 금속으로 이루어지는 전극을 대향전극으로서 사용해도, 이 메쉬 형상 도전성 금속으로 이루어지는 대향전극이 할로겐에 의한 침식에 의해 전극으로서 기능하지 않게 되는 것과 같은 사태는 생기지 않는다.
또한 본 발명의 색소 증감 태양전지에서는, 도전성 폴리머 (A)에 도핑된 도판트 이온종과 상호치환 가능한 이온성 화합물 (B)로서 도핑제가 도핑된 도전성 폴리머를 사용할 수도 있다. 이온성 화합물 (B)로서 도핑된 도전성 폴리머를 사용하는 경우에는, 도전성 폴리머 (A)와의 사이에서, 상호의 전하 주고받음을 행하기 위하여, 도전성 폴리머 (A)와는 도핑율이 상이한 도전성 폴리머 (b-2), 도전성 폴리머 (A)와는 상이한 폴리머 주쇄 골격을 갖는 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (b-3), 도전성 폴리머 (A)에 도핑되어 있는 이온종과는 상이한 이온종을 갖는 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (b-4)로부터 선택되는 1종 이상을 사용한다.
도핑율이 상이한 도전성 폴리머 (b-2)를 사용하는 경우에는, 도전성 폴리머 (A)의 도핑율과, 도전성 폴리머 (b-2)의 도핑율이 이하에 나타내는 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.
(수학식 1)
도전성 폴리머 (A)의 도핑율/도전성 폴리머 (b-2)의 도핑율≥0.9
이러한 관계를 충족시킴으로써, 도핑된 도전성 폴리머 (A)와, 도핑된 도전성 폴리머 (b-2) 사이에서 전자의 전달이 원활하게 행해져, 효율적으로 색소 증감 태양전지를 구동시킬 수 있다.
여기에서 사용하는 도전성 폴리머 (b-2)로서는 상기 도전성 폴리머 (A)의 설명에서 게재한, 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리페닐렌술피드, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리아닐린, 폴리페리나프탈렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리옥사디아졸, 폴리[Fe프탈로시아닌(테트라진)] 등을 들 수 있다. 이것들은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
특히 본 발명에서는 도전성 폴리머 (b-2)로서 폴리아닐린(PANI), 폴리알킬피롤(알킬이 옥틸일 때 「POPY」), 폴리티오펜을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 폴리아닐린, 폴리알킬피롤, 폴리티오펜이 알킬기, 카르복실기, 술폰산기, 알콕실기, 히드록시기, 에스테르기, 시아노기 등의 치환기를 가지고 있어도 된다. 이 도전성 폴리머 (b-2)는 도전성 폴리머 (A)와 동일해도 상이해도 된다.
또한 이 도전성 폴리머 (b-2)에 도핑되는 도핑제의 예로서는 상기의 도전성 폴리머 (A)에 도핑되는 도핑제인 파라톨루엔술폰산, 비스2에틸헥실술포숙신산, 아미노벤젠술폰산, 폴리스티렌술폰산, 도데실벤젠술폰산 등의 술폰산 화합물; 포름산, 아세트산, 숙신산, 아디프산 등의 카르복실산 화합물; 염소, 요오드, 브롬 등의 할로겐 화합물; 불화 붕산, 불화 인산 등의 루이스산 화합물; 크레졸이나 나프타놀 등의 페놀 화합물 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또, 도전성 폴리머 (A)는 상이한 폴리머 주쇄 골격을 갖는 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (b-3)을 사용하는 경우에는, 동종과 같은 도판트 이온종을 사용하고 있어도 도전성 폴리머의 주골격이 상이함으로써 산화환원 순위차가 생겨, 도판트 이온종을 매개한 전하 주고받음이 발생한다.
더욱이 또한 도전성 폴리머 (A)에 도핑되어 있는 이온종과는 상이한 이온종을 갖는 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (b-4)를 사용하는 경우에는, 상이한 이온종이 도핑되어 있으므로 도전성 폴리머 (A)와 이온성 화합물 (B)인 도전성 폴리머 (b-4) 사이에서 전하 주고받음이 발생한다.
본 발명의 색소 증감 태양전지에서, 상기의 전해질 폴리머층의 두께는 통상은 1∼40㎛, 바람직하게는 5∼20㎛의 범위 내에 있다.
이러한 전해질 폴리머층은 도판트 이온종이 도핑된 도전성 폴리머가 용해 또는 분산된 용액을 조제하고, 이것에 카운터 이온 화합물을 형성하는 이온성 화합물을 첨가한 후, 이 용액을 도포하고, 용제를 제거함으로써 형성할 수 있다.
전해질 폴리머층이 도전성 폴리머 (A)와, 도전성 폴리머 (b-2), (b-3) 또는 (b-4)를 갖는 경우에는, 각각의 도전성 폴리머를 용해 또는 분산하는 용액을 조제하고, 각각을 혼합하여 혼합 조제액으로서 도포함으로써 혼합층으로서 형성시킬 수도 있고, 각각 도포함으로써 도전성 폴리머 (A)를 함유하는 층과, 도전성 폴리머 (b-2), (b-3) 또는 (b-4)를 함유하는 층을 형성할 수도 있다. 이와 같이 2층의 전해질 폴리머층을 형성하는 경우, 두께의 비율((A)/(b-2), (b-3) 또는 (b-4))은 통상은 50/1∼1/50의 범위 내로 한다.
또, 이 전해질 폴리머층에는 다른 수지를 배합할 수 있다. 여기에서 사용하는 다른 수지는 용매에 대하여 불용인 폴리머를 고밀도로 분산 고정화시키기 위한 것으로, 도전성을 가지고 있을 필요는 없고, 여러 수지를 사용할 수 있다. 이러한 다른 수지의 예로서는 열가소성 수지, 구체적으로는 폴리알킬(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리에틸렌 등을 들 수 있다. 이러한 다른 수지의 배합량은 전해질 폴리머층을 구성하는 도전성 폴리머 100중량부에 대하여, 바람직하게는 10∼300중량부, 보다 바람직하게는 20∼100중량부이다. 이러한 양으로 다른 수지를 배합해도, 이 전해질 폴리머층에서의 전자의 이동이 저해되지 않고, 또한 용매에 대하여 불용인 미립자 형상의 전해질 폴리머층을 고밀도로 분산 밀착상태로 할 수 있다.
상기한 바와 같은 전해질 폴리머층의 표면에는 대향전극이 배치되어 있다. 이 대향전극으로서는 백금 기판 등을 직접 접합해도 되고, 상기의 광 투과성 전극과 동일하게 산화주석, FTO, ITO, 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 도전성 금속 전극 등의 표면에 백금 증착한 전극을 사용할 수 있고, 산화주석, FTO, ITO, 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 도전성 금속 전극 등을 그대로 사용할 수도 있다. 즉, 배리어층 등을 특히 필요로 하는 것은 아니다.
이 때의 대향전극이 산화주석, ITO 또는 FTO일 경우, 이 대향전극의 두께는 통상은 0.01∼1㎛, 바람직하게는 0.01∼0.5㎛의 범위 내에 있고, 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 메쉬 형상 도전성 금속 전극은 선폭이 통상은 10∼70㎛, 바람직하게는 20∼50㎛이며, 피치 폭이 통상은 50∼300㎛, 바람직하게는 50∼200㎛의 메시를 형성하도록 에칭함으로써 형성할 수 있다. 이 때의 메쉬 형상 도전성 금속 전극의 도선의 두께는 통상은 8∼150㎛, 바람직하게는 20∼75㎛의 범위 내에 있다.
특히 본 발명의 색소 증감 태양전지는 전해질 폴리머층이 액체가 아니고 솔리드 스테이트층이므로, 액 누설의 발생, 온도상승에 의한 부풀어오름의 발생 등을 방지할 수 있다. 또한, 광 투과성 전극 및 대향전극으로서 도전성 금속을 메시 형상으로 형성한 도전성 금속 전극을 사용할 수 있으므로, 이 경우에는 진공증착 기술을 사용하지 않고 전극을 형성할 수 있고, 색소 증감 태양전지의 제조가 대단히 용이하게 된다.
상기한 바와 같이 대향전극을 형성한 후, 이 대향전극의 외측에 대향전극 기판을 배치한다. 대향전극 기판으로서는 상기의 투명 기판에서 예시한 무기 투명 기판이나 고분자 투명 기판을 사용할 수 있다. 또한, 대향전극 기판에 대향전극을 미리 형성한 후에, 전해질 폴리머층의 표면에, 대향전극이 전해질 폴리머층과 접촉하도록 하고, 대향전극과 대향전극 기판을 적층해도 된다.
이렇게 하여 형성된 본 발명의 색소 증감 태양전지의 합계의 두께는, 통상은 50∼4000㎛, 바람직하게는 70∼300㎛로, 대단히 얇고, 게다가 가요성을 가지고 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 색소 증감 태양전지에 투명 기판측으로부터 광을 조사하면, 투명 기판 및 광 투과성 전극을 투과한 광은 색소를 담지한 금속 산화물층에 도달하고, 이 담지되어 있는 색소를 여기하여 산화티탄 등의 금속 산화물에 전자 주입이 행해진다.
본 발명에서 사용되는 여기한 색소로부터의 예를 들면 산화티탄 등의 금속 산화물로의 전자이동은 역반응에 비해 극히 빠르기 때문에, 유효하게 전하 분리가 행해진다. 산화티탄에 주입된 전자는 애노드 전극 및 외부회로를 통하여 캐소드 전극에 도달한다. 한편, 산화티탄 등의 금속 산화물에 전하를 공여하여 산화상태에 있는 색소는, 전해질 폴리머층의 도전성 폴리머에 도핑된 도판트 이온종으로부터 전자를 받아, 신속하게 중성 분자로 되돌아온다. 전해질 폴리머층 중의 전자를 전달한 도판트 이온종은, 카운터 이온과 결합하여 전해질 폴리머층 내를 이동하여 대향전극으로부터 전자를 받는다. 상기의 사이클을 반복함으로써 광이 전류로 변환된다.
본 발명의 색소 증감 태양전지는 초기특성이 높고, 게다가 이 특성이 장기간에 걸쳐 유지되어, 열화되기 어렵다. 1예를 나타내면, 본 발명의 색소 증감 태양전지의 초기에 있어서의 전류값은 1000∼5000μA/cm2의 범위 내에 있고, 전압은 100∼600mV/cm2의 범위 내에 있고, 60℃, 90%RH하에서 100시간 방치하여 행한 노화 촉진시험 후의 전류값은 100∼4000μA/cm2의 범위 내에 있고, 전압은 100∼400mV/cm2의 범위 내에 있고, 노화에 의한 기전력의 저하가 초기값에 대하여 20% 이하로, 대단히 열화되기 어렵다.
또, 본 발명의 색소 증감 태양전지에서는, 전해질 폴리머층이 솔리드 스테이트층으로, 물을 거의 포함하고 있지 않으므로, 애노드 전극을 형성하는 산화티탄과 같은 도전성 금속층의 활락이 생기기 어려워, 장기간에 걸쳐 본 발명의 색소 증감 태양전지를 구동시킬 수 있다.
또한, 전해질 폴리머층에서는, 종래의 요오드 및 요오드 이온을 사용한 레독스 반응을 행하지 않고, 카운터 이온에 의해, 전자의 전달을 행하고 있으므로, 이 전해질 폴리머층에 과잉의 요오드 등의 할로겐화물을 함유시킬 필요가 없고, 따라서, 전해질 폴리머층에 접촉하는 대향전극으로서 백금 전극과 같은 귀금속 전극을 사용하는 것을 특별히 필요로 하지 않고, 예를 들면, 구리 등으로부터 형성된 메시 전극을 사용할 수 있다. 또, 광 투과성 전극으로서도 메시 전극을 사용하면, 전극의 형성에 진공증착 기술을 사용하지 않고 전극을 형성할 수 있고, 또한, 백금과 같은 귀금속을 사용하는 것도 필요로 하지 않게 되어, 색소 증감 태양전지를 저렴하게 공급할 수 있다.
(실시예)
다음에 본 발명의 색소 증감 태양전지에 대하여 실시예를 제시하여 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이것들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[합성예]
<광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>
(A-1) 2mm 두께의 유리판 상에 FTO 형성된 투명 도전성 기판으로, 표면저항이 40Ω/cm이다.
(A-2) 80㎛ 두께의 PET 필름 상에 ITO 형성된 투명 도전성 기판으로, 표면저항이 30Ω/cm이다.
(A-3) 80㎛ 두께의 PET 필름 상에 200 메시의 개구부를 갖는 구리 메시가 적층된 도전성 기판으로, 구리 메시 상의 표면저항이 0.4Ω/cm이다.
(A-4) ITO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-2)와 동일하다.
<산화티탄 페이스트의 조제>
(Ti-1) 광촉매성 나노 산화티탄(이시하라 산교(주)제; ST-21, 평균 1차 입자직경=20nm) 10g과, 물 70g, 메탄올 20g 및 파라톨루엔술폰산 0.01을 배합한 용액을, 볼 밀을 사용하여 24시간 분산 혼합하여 산화티탄 나노 페이스트를 조제했다.
(Ti-2Pt) 상기 (Ti-1)에서 조제한 산화티탄 나노 페이스트 100g에, 백금 콜로이드 용액(Heraeus사제, PT97S007S) 0.05몰/리터 0.5g을 첨가하고, 초음파 분산기를 사용하여 40분간 초음파 분산 처리를 행하면서, 산화 티탄에 백금을 담지시켰다. 이렇게 하여, Pt 담지 산화티탄 나노 페이스트를 조제했다.
<애노드 전극의 제조>
(A-1-FTO-ST21) FTO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-1)에, 상기한 바와 같이 하여 조제한 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-1)을 닥터 블레이드법에 의해, 산화티탄층의 두께가 20㎛가 되도록 캐스트 코팅하고, 80℃에서 2분간 건조한 후, 120℃에서 10분간 네킹했다.
(A-2-ITO-ST21) ITO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-2)에, 상기한 바와 같이 하여 조제한 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-1)을 닥터 블레이드법에 의해, 산화티탄층의 두께가 20㎛가 되도록 캐스트 코팅하고, 80℃에서 2분간 건조한 후, 120℃에서 10분간 네킹했다.
(A-3-Cu-ST21) 200 메시의 개구부를 갖는 구리 메시 전극 부착 투명 기판 (A-3)에, 상기한 바와 같이 하여 조제한 산화티탄 나노 페이스트(Ti-1)를 닥터 블레이드법에 의해, 산화티탄층의 두께가 20㎛가 되도록 캐스트 코팅하고, 80℃에서 2분간 건조한 후, 120℃에서 10분간 네킹했다.
(A-4-ITO-ST21 -Pt) ITO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-4)에, 상기한 바와 같이 하여 조제한 Pt 담지 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-2Pt)를 닥터 블레이드법에 의해, 산화티탄층의 두께가 20㎛가 되도록 캐스트 코팅하고, 80℃에서 2분간 건조한 후, 120℃에서 10분간 네킹했다.
<색소 정착 애노드 전극의 제조>
상기한 바와 같이 하여 조제한 애노드 전극((A-1-FTO-ST21), (A-2-ITO-ST21), (A-3-Cu-ST21), (A-4-ITO-ST21-Pt))을, 하기 화학식 1로 표시되는 루테늄 착체(코지마카가쿠(주)제) 0.05몰/리터 농도의 아세토니트릴 용액에, 40℃에서 2시간 침지한 후, 산화티탄 표면을 아세토니트릴로 세정하고, 실온에서 건조시켜 색소 정착 애노드 전극을 제조했다.
(화학식 1)
<도전성 폴리머의 제조>
(C-1) 폴리아닐린의 합성
실온하, 100ml의 물에 아닐린 모노머 4.7g 및 30% 염산 수용액 5.7g을 가하고 균일 용액이 될 때까지 교반 혼합했다. 이어서, 이 용액에 도데실벤젠술폰산나트륨 17.5g을 가하고 균일하게 될 때까지 더욱 교반 혼합했다.
이것과는 별도로, 액온을 5℃로 조정한 30% 과황산암모늄 수용액을 조제하고, 이 과황산암모늄 수용액 14g을 상기 아닐린 모노머 용액에 1시간 걸쳐서 가하여 폴리아닐린의 중합을 행했다.
과황산암모늄 수용액을 전량 모두 가한 후, 또한 5℃에서 4시간 반응을 행하고, 중합반응을 완결시켰다.
얻어진 짙은 녹색 수용액 100ml에 200ml의 메탄올을 가하여 폴리아닐린 응집체를 생성시키고, 이 응집체를 여과분리했다.
이어서, 여과분리한 폴리아닐린을 100ml의 물:아세톤(용량비=1:1)에 다시 분산하고, 다시 여과분리를 행하는 조작을 반복하여, 여과액이 완전히 무색 투명으로 될 때까지 세정을 행했다.
이렇게 해서 얻어진 폴리아닐린을 진공건조하여 도핑 상태의 녹색 폴리아닐린 (C-1)을 얻었다.
<폴리아닐린의 탈도핑 및 재도핑>
상기한 바와 같이 하여 얻어진 도핑 상태의 녹색 폴리아닐린 (C-1) 10g을 5%수산화나트륨 수용액 200ml에 서서히 가하면서, 호모 믹서를 사용하여 2시간 분쇄 분산 혼합을 행하고 황산 도판트의 탈도핑을 행했다.
조정 중의 수용액은 짙은 녹색으로 변화되고, 최종적으로는 대단히 짙은 청색으로 변화된 폴리아닐린 분말이 수용액 중에 분산된 분산액이 얻어졌다. 이 분산액은 황산 도판트가 탈도핑되고, 폴리아닐린이 환원되어 있는 것을 알았다.
상기한 바와 같이 하여 알칼리 처리한 후, 질소 가스로 반응계를 퍼지하면서 여과하고, 또한 1000ml의 물을 사용하여 5회 여과물을 세정한 후, 진공건조하여 환원 폴리아닐린을 얻었다.
건조한 폴리아닐린 1g을 메틸에틸케톤(MEK):N-메틸피롤리돈(NMP)의 혼합용액(혼합용량비=1:1) 100ml에 용해하고, 계속해서, 0.0108몰/100ml의 4불화붕소 MEK 용액을 100ml 가하여, 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린 (C-3)을 얻었다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 4불화 붕소가 도핑된 폴리아닐린을 제조하는 공정 중에 얻어진 진공건조한 환원 아닐린 1g을 메틸에틸케톤(MEK):N-메틸피롤리돈(NMP)(혼합용량비=1:1) 100ml에 용해하고, 이어서 0.0108몰/100ml의 4불화붕소 MEK 용액을 50ml 가하여, 4불화 붕소가 50% 도핑한 폴리아닐린 (C-4)를 얻었다.
(C-2) 폴리옥틸피롤의 합성
실온하에, 100ml의 물에 옥틸피롤모노머 1.8g 및 30% 염산 수용액 1.6g을 가하고 균일하게 될 때까지 교반 혼합했다. 이어서, 이 용액에 도데실벤젠술폰산나트륨 3.5g을 가하고 균일하게 될 때까지 더욱 교반 혼합했다.
이어서, 액온을 0℃로 조정하면서 30% 과황산암모늄 수용액 9.2g을 2시간 걸쳐 상기 옥틸피롤 수용액에 더해서 폴리옥틸피롤의 중합을 행했다.
과황산암모늄 수용액 전량을 가한 후, 또한 10℃의 온도에 8시간 유지하고, 중합을 완결시켰다.
얻어진 짙은 청색 수용액 100ml에 200ml의 메탄올을 가하여 폴리옥틸피롤 응집체를 생성시키고, 이것을 여과분리했다.
이어서, 여과분리한 폴리옥틸피롤을 100ml의 물에 재분산하고 다시 여과분리를 행하는 조작을 반복하고, 여과액이 완전히 무색 투명으로 될 때까지 세정을 행했다.
상기한 바와 같은 조작에 의해 얻어진 폴리옥틸피롤을 진공건조하여 도핑 상태의 흑청색 폴리옥틸피롤을 얻었다.
<도전성 수지 용액의 조제>
(B-1) 바인더 수지를 함유하는 도전성 수지 용액
상기한 바와 같이 하여 얻어진 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1) 10g에 MEK 90g을 가하고 볼 밀을 사용하여 24시간 분쇄 분산하고, 균일하게 분산된 폴리아닐린 분산액을 조제했다. 이 용액에 바인더 수지로서 분자량 5만의 폴리이소부틸메타크릴레이트 수지를 5g 가하고 균일하게 분산시켜 도전성 수지 용액 (B-1)을 얻었다.
얻어진 도전성 수지 용액 (B-1)을 PET판 상에 10㎛의 두께가 되도록 도포하고, 이 도포막의 표면저항을 측정한 바 300kΩ이었다.
(B-2) 도전성 폴리머 용액
상기한 바와 같이 하여 얻어진 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2) 5g을, 톨루엔/NMP/MEK=7/2/1(혼합용량비)의 혼합용액 95g에 용해시켜 도전성 폴리머 용액 (B-2)를 얻었다.
얻어진 용액을 PET판 상에 10㎛의 두께가 되도록 도포하고, 이 도막의 표면저항을 측정한 바 500kΩ이었다.
(B-3) 도전성 폴리머 용액
상기한 바와 같이 하여 얻어진 50% 도핑율의 폴리아닐린(C-4) 2g을 톨루엔/NMP/MEK=5/3/2(혼합용량비) 혼합용액 98g에 용해시킨 도전성 폴리머 용액 (B-3)을 얻었다.
얻어진 용액을 PET판 상에 10㎛의 두께로 도포하고, 이 도포막의 표면저항을 측정한 바 20kΩ이었다.
<애노드 전극용 수지 용액의 조제>
(D-1) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 바인더 수지를 함유하는 도전성 수지 용액인 도전성 폴리머 용액 (B-1) 10g과, LiI 0.5g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-1)을 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-1) 중에는 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1)과, 분자량 5만의 폴리이소부틸메타크릴레이트와, 카운터 이온 화합물로서 리튬 이온이 함유되어 있다.
(D-2) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 도전성 폴리머인 폴리옥틸피롤 (C-2)를 함유하는 도전성 폴리머 용액 (B-2) 10g과, LiPF6 0.3g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-2)를 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-2) 중에는 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)와, 카운터 이온 화합물로서 리튬 이온이 함유되어 있다.
(D-2-2) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 도전성 수지 용액인 도전성 폴리머 용액 (B-2) 10g과, TMEMA/BF4; 0.7g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-2-2)를 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-2-2) 중에는 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)과, 이온성 액체인 N,N-디메틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄4불화붕소(TMEMA)가 함유되어 있다.
(D-3) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 도핑율 50%의 도전성 폴리머 용액 (B-3) 10g과, <폴리아닐린의 탈도핑 및 재도핑>에서 얻어진 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린 (C-3) 0.2g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-3)을 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-3) 중에는 4불화 붕소가 100% 도핑된 폴리아닐린 (C-3)과, 4불화붕소가 50% 도핑된 폴리아닐린 (C-4)가 함유되어 있다.
(D-4) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 도핑율 50%의 도전성 폴리머 용액 (B-3) 10g과, NH4BF4 0.2g과, <폴리아닐린의 탈도핑 및 재도핑>에서 얻어진 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린 (C-3) 0.2g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-4)를 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-4) 중에는 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-3)과, 루이스염기인 NH4BF4가 함유되어 있다.
(D-5) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 바인더 수지를 함유하는 도전성 수지 용액 (B-1) 10g과, <폴리아닐린의 탈도핑 및 재도핑>에서 얻어진 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린(C-3) 0.8g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-5)를 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-5) 중에는 도핑 상태의 폴리아닐린(C-1)과, 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린(C-3)과, 바인더 수지가 함유되어 있다.
(D-6) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 바인더 수지를 함유하는 도전성 수지 용액 (B-1) 10g과, LiI 0.2g과, <폴리아닐린의 탈도핑 및 재도핑>에서 얻어진 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린 (C-3) 0.4g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-6)을 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-6) 중에는 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1)과, 4불화붕소가 도핑된 폴리아닐린 (C-3)과, 카운터 이온 화합물인 리튬 이온과, 바인더 수지가 함유되어 있다.
(D-7) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 폴리옥틸피롤을 포함하는 도전성 폴리머 용액 (B-2) 10g과, <폴리아닐린의 합성>에서 얻어진 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1) 0.1g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-7)을 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-7) 중에는 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)와, 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1)이 함유되어 있다.
(D-8) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 폴리옥틸피롤을 포함하는 도전성 수지 용액 (B-2) 10g과, LiPF6 0.1g과, <폴리아닐린의 합성>에서 얻어진 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1) 0.1g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-8)을 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-8) 중에는 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)와, 카운터 이온 화합물인 리튬 이온과, 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1)이 함유되어 있다.
(D-9) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 폴리옥틸피롤을 포함하는 도전성 폴리머 용액 (B-2) 10g과, TMEMA/BF4; 0.7g과, 풀러렌(PCBM)을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (D-9)를 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (D-9) 중에는 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)와, 이온성 액체인 N,N-디메틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄4불화붕소와, PCBM이 함유되어 있다.
(E-1) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
상기 <도전성 수지 용액의 조제>에서 조제한 바인더 수지를 함유하는 도전성 수지 용액 (B-1) 10g과, LiI 0.5g과 I2 1.0g을 혼합하여 애노드 전극용 수지 용액 (E-1)을 조제했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (E-1) 중에는 도핑 상태의 폴리아닐린 (C-1)과, 분자량 5만의 폴리이소부틸메타크릴레이트와, 요오드에 의한 레독스 반응에 필요한 요오드 이온 및 요오드가 함유되어 있다.
(E-2) 애노드 전극용 수지 용액의 조제
폴리옥틸피롤 (C-2)를 함유하는 도전성 폴리머 용액 (B-2) 10g으로 이루어지는 애노드 전극용 수지 용액 (E-2)를 사용했다. 이 애노드 전극용 수지 용액 (E-2) 중에는 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)가 함유되어 있는데, 카운터 이온 화합물이 되는 리튬 이온은 함유되어 있지 않다.
상기 애노드 전극용 수지 용액의 조성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 1]
상기 <광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>에 기재된 ITO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-2)를 구성하는, ITO로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, <산화티탄 페이스트의 조제>에서 제조한 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-1)을, <애노드 전극의 제조>의 (A-2-ITO-SR21)의 기재에 따라 도포하고, 건조시켜 투명 기판의 표면에 애노드 전극을 형성했다.
이 애노드 전극에 <색소 정착 애노드 전극의 제조>의 기재에 따라 루테늄 착체를 담지시키고, 루테늄 착체가 담지된 산화티탄층으로 했다.
이와 같이 하여 루테늄 착체가 정착된 광 투과성 전극 부착 투명 기판의 애노드 전극의 표면에 <애노드 전극용 수지 용액의 조제>에서 조제한 애노드 전극용 수지 용액 (D-1)을 스프레이 코팅에 의해, 건조 두께가 10㎛가 되도록 도포하고, 80℃에서 2분간 건조시켰다. 이렇게 하여 형성된 전해질 폴리머층(이하, 「애노드 전극용 수지층」이라고도 한다.)은 액상 성분을 실질적으로 포함하고 있지 않은 솔리드 스테이트층이었다.
이어서, 얻어진 적층 필름을 1cm×1cm로 절단하여, 필름의 건조한 애노드 전극용 수지층의 표면에 개구부가 200메시의 개구 구리 메시 전극을 재치하고, 선압 2kg/cm의 압력으로 가압 접착한 뒤, 40℃로 조정된 오토클레이브를 사용하여 5kg의 압력으로 30분 걸쳐서 개구 구리 메시 전극을 애노드 전극용 수지층에 첩합 처리를 행하고 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 개구 구리 메시 전극의 표면에 대향전극 기판으로서 두께 80㎛의 PET 필름을 배치했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있도록 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정하여 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치해서, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정하여 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 층 구성을 표 2에, 특성을 표 3에 나타낸다.
[실시예 2]
상기 <광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>에 기재된 구리 메시 전극 부착 투명 기판 (A-3)을 구성하는, 구리 메시로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, <산화티탄 페이스트의 조제>에서 제조한 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-1)을, <애노드 전극의 제조>의 (A-3-Cu-ST21)의 기재에 따라 도포하고, 건조시켜 투명 기판의 표면에 애노드 전극을 형성했다.
이 애노드 전극에 <색소 정착 애노드 전극의 제조>의 기재에 따라 루테늄 착체를 담지시켜, 루테늄 착체가 담지된 산화티탄층으로 했다.
이렇게 하여 루테늄 착체가 정착된 광 투과성 전극 부착 투명 기판의 애노드 전극의 표면에 <애노드 전극용 수지 용액의 조제>에서 조제한 애노드 전극용 수지 용액 (D-1)을 스프레이 코팅에 의해, 건조 두께가 10㎛가 되도록 도포하고, 80℃에서 2분간 건조시켰다. 이렇게 하여 형성된 애노드 전극용 수지층은 액상 성분을 실질적으로 포함하고 있지 않은 솔리드 스테이트층이었다.
이어서, 얻어진 적층 필름을 1cm×1cm로 절단하고, 필름의 건조한 애노드 전극용 수지층의 표면에 개구부가 200메시의 개구 구리 메시 전극을 재치하고, 선압 2kg/cm의 압력으로 가압 접착한 뒤, 40℃로 조정된 오토클레이브를 사용하여 5kg의 압력으로 30분 걸쳐서 개구 구리 메시 전극을 애노드 전극용 수지층에 첩합 처리를 행하고 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 개구 구리 메시 전극의 표면에 대향전극 기판으로서 두께 80㎛의 PET 필름을 배치했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정하여 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 같이, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 층 구성을 표 2에, 특성을 표 3에 나타낸다.
[실시예 3]
상기 <광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>에 기재된 ITO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-4)를 구성하는, ITO로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, <산화티탄 페이스트의 조제>에서 제조한 Pt 담지 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-2Pt)를, <애노드 전극의 제조>의 (A-4-ITO-SR21-Pt)의 기재에 따라 도포하고, 건조시켜 투명 기판의 표면에 애노드 전극을 형성했다.
이 애노드 전극에 <색소 정착 애노드 전극의 제조>의 기재에 따라 루테늄 착체를 담지시키고, 루테늄 착체가 담지된 산화티탄층으로 했다.
이렇게 하여 루테늄 착체가 정착된 광 투과성 전극 부착 투명 기판의 애노드 전극의 표면에 <애노드 전극용 수지 용액의 조제>에서 조제한 애노드 전극용 수지 용액 (D-1)을 스프레이 코팅에 의해, 건조 두께가 10㎛가 되도록 도포하고, 80℃에서 2분간 건조시켰다. 이렇게 하여 형성된 애노드 전극용 수지층은 액상 성분을 실질적으로 포함하고 있지 않은 솔리드 스테이트층이었다.
이어서, 얻어진 적층 필름을 1cm×1cm로 절단하고, 필름의 건조한 애노드 전극용 수지층의 표면에 개구부가 200메시의 개구 구리 메시 전극을 재치하고, 선압 2kg/cm의 압력으로 가압접착한 뒤, 40℃로 조정된 오토클레이브를 사용하여 5kg의 압력으로 30분 걸쳐서 개구 구리 메시 전극을 애노드 전극용 수지층에 첩합 처리를 행하여 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 개구 구리 메시 전극의 표면에 대향전극 기판으로서 두께 80㎛의 PET 필름을 배치했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 층 구성을 표 2에, 특성을 표 3에 나타낸다.
[실시예 4]
상기 <광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>에 기재된 FTO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-1)을 구성하는, ITO로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, <산화티탄 페이스트의 조제>에서 제조한 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-1)을, <애노드 전극의 제조>의 (A-2-ITO-SR21)의 기재에 따라 도포하고, 건조시켜 투명 기판의 표면에 애노드 전극을 형성했다.
이 애노드 전극에 <색소 정착 애노드 전극의 제조>의 기재에 따라 루테늄 착체를 담지시키고, 루테늄 착체가 담지된 산화티탄층으로 했다.
이렇게 하여 루테늄 착체가 정착된 광 투과성 전극 부착 투명 기판의 애노드 전극의 표면에 <애노드 전극용 수지 용액의 조제>에서 조제한 애노드 전극용 수지 용액 (D-1)을 스프레이 코팅에 의해, 건조 두께가 10㎛가 되도록 도포하고, 80℃에서 2분간 건조시켰다. 이렇게 하여 형성된 애노드 전극용 수지층은 액상 성분을 실질적으로 포함하고 있지 않은 솔리드 스테이트층이었다.
이어서, 얻어진 적층 필름을 1cm×1cm로 절단하여, 필름의 건조한 애노드 전극용 수지층의 표면에 개구부가 200메시의 개구 구리 메시 전극을 재치하고, 선압 2kg/cm의 압력으로 가압 접착한 뒤, 40℃로 조정된 오토클레이브를 사용하여 5kg의 압력으로 30분 걸쳐서 개구 구리 메시 전극을 애노드 전극용 수지층에 첩합 처리를 행하여 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 개구 구리 메시 전극의 표면에 대향전극 기판으로서 두께 80㎛의 PET 필름을 배치했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광 할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 층 구성을 표 2에, 특성을 표 3에 나타낸다.
[비교예 1]
상기 <광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>에 기재된 ITO 투명 전극 부착 투명 기판(A-2)을 구성하는, ITO로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, <산화티탄 페이스트의 조제>에서 제조한 산화티탄 나노 페이스트(Ti-1)을, <애노드 전극의 제조>의 (A-2-ITO-SR21)의 기재에 따라 도포하고, 건조시켜 투명 기판의 표면에 애노드 전극을 형성했다.
이 애노드 전극에 <색소 정착 애노드 전극의 제조>의 기재에 따라 루테늄 착체를 담지시켜, 루테늄 착체가 담지된 산화티탄층으로 했다.
이렇게 하여 루테늄 착체가 정착된 광 투과성 전극 부착 투명 기판의 애노드 전극의 표면에 <애노드 전극용 수지 용액의 조제>에서 조제한 애노드 전극용 수지 용액 (E-2)를 스프레이 코팅에 의해, 건조 두께가 10㎛가 되도록 도포하고, 80℃에서 2분간 건조시켰다. 이렇게 하여 형성된 애노드 전극용 수지층은 도핑 상태의 폴리옥틸피롤 (C-2)를 함유하지만, 카운터 이온은 함유하고 있지 않다.
이어서, 얻어진 적층 필름을 1cm×1cm로 절단하여, 필름의 건조한 애노드 전극용 수지층의 표면에 개구부가 200메시의 개구 구리 메시 전극을 재치하고, 선압 2kg/cm의 압력으로 가압 접착한 뒤, 40℃로 조정된 오토클레이브를 사용하여 5kg의 압력으로 30분 걸쳐서 개구 구리 메시 전극을 애노드 전극용 수지층에 첩합 처리를 행하여 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 개구 구리 메시 전극의 표면에 대향전극 기판으로서 두께 80㎛의 PET 필름을 배치했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정하여 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 층 구성을 표 2에, 특성을 표 3에 나타낸다.
[비교예 2]
상기 <광 투과성 전극이 적층된 투명 기판>에 기재된 ITO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-2)를 구성하는, ITO로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, <산화티탄 페이스트의 조제>에서 제조한 산화티탄 나노 페이스트 (Ti-1)을, <애노드 전극의 제조>의 (A-2-ITO-SR21)의 기재에 따라 도포하고, 건조시켜 투명 기판의 표면에 애노드 전극을 형성했다.
이 애노드 전극에 <색소 정착 애노드 전극의 제조>의 기재에 따라 루테늄 착체를 담지시켜, 루테늄 착체가 담지된 산화티탄층으로 했다.
이렇게 하여 루테늄 착체가 정착된 광 투과성 전극 부착 투명 기판의 애노드 전극의 표면에 <애노드 전극용 수지 용액의 조제>에서 조제한 애노드 전극용 수지 용액 (E-1)을 스프레이 코팅에 의해, 건조 두께가 10㎛가 되도록 도포하고, 80℃에서 2분간 건조시켰다. 이렇게 하여 형성된 애노드 전극용 수지층은 LiI와 I2를 함유하는 액체함유층이다.
이어서, 얻어진 적층 필름을 1cm×1cm로 절단하고, 필름의 건조한 애노드 전극용 수지층의 표면에 개구부가 200메시의 개구 구리 메시 전극을 재치하고, 선압 2kg/cm의 압력에서 가압접착한 뒤, 40℃에 조정된 오토클레이브를 사용해서 5kg의 압력에서 30분 걸쳐서 개구 구리 메시 전극을 애노드 전극용 수지층에 첩합 처리를 행하여 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 개구 구리 메시 전극의 표면에 대향전극 기판으로서 두께 80㎛의 PET 필름을 배치했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 층 구성을 표 2에, 특성을 표 3에 나타낸다.
상기 표 2 및 표 3에 나타내는 사항으로부터, 도전성 폴리머만으로는 산화환원 능력이 낮아 충분한 전류전압값이 얻어지지 않는다(비교예 1 참조). 또, LiI/I2와 같은 저분자 레독스제를 첨가한 경우에는, 내구시험 후의 특성이 현저히 저하되고, 또한, 티타니아면의 활락이 발생했다. 또, LiI/I2를 사용한 레독스 반응 때에 구리 메시로 형성한 대향전극이 요오드 이온에 의해 용해되기 때문에, 이 대향전극으로서 구리 메시 전극은 사용할 수 없다.
[실시예 5∼13]
실시예 1에 있어서, 실시예 1에서 채용한 애노드 전극의 구성을 그대로 채용하고, 전해질 폴리머층의 구성을 표 4에 기재하는 바와 같이 바꾼 이외는 동일하게 하여, 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다. 또한, 실시예 11 및 실시예 12에서는, 첨가 화합물로서 요오드를 소량의 물에 용해하고 전해질 폴리머층에 가했지만, 가한 물의 양은 대단히 미소하여, 전해질 폴리머층은 솔리드 스테이트층으로서 존재시킬 수 있었다.
전해질 폴리머층의 구성을 표 4에 나타냄과 아울러, 이 색소 증감 태양전지 소자의 특성을 표 5에 기재한다.
[실시예 14]
(버퍼액 A)
테트라이소프로폭시티탄 1g을 이소프로필알코올로 20배(중량비)로 희석하고, 산화티탄의 졸겔액으로 이루어지는 버퍼액 A를 조제했다.
(단락 방지용 버퍼층 부착 투명 기판 (A-5))
FTO 투명 전극 부착 투명 기판 (A-1)을 구성하는, FTO로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, 상기 버퍼액 A를 스핀코팅법으로 도공하고, 120℃에서 5분간 건조한 후, 더욱 400℃에서 20분간 가열하여, 이 광 투과성 전극 상에 단락 방지용 버퍼층을 형성했다. 단락 방지용 버퍼층의 평균 막 두께는 300nm이었다.
실시예 4에서, FTO 전극 부착 투명 기판 (A-1)을 구성하는 광 투과성 전극 상에 산화티탄층을 형성한 것 대신, 상기에서 얻어진 단락 방지용 버퍼층 부착 투명 기판 (A-5)을 사용하여 단락 방지용 버퍼층 상에 산화티탄층을 형성한 것 이외는 실시예 4와 동일하게 하여, 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정하여 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 특성을 표 6에 나타낸다.
[실시예 15]
(버퍼액 B)
테트라부톡시티탄 1g을 이소프로필알코올로 20배(중량비)로 희석한 용액에, 사염화티탄 0.05g을 첨가하여, 산화티탄의 졸겔액으로 이루어지는 버퍼액 B를 조제했다.
(단락 방지용 버퍼층 부착 투명 기판 (A-6))
구리 메시 전극 부착 투명 기판 (A-3)을 구성하는, 구리 메시로 이루어지는 광 투과성 전극의 표면에, 상기 버퍼액 B를 스프레이 코팅법으로 표면 도공하고, 120℃에서 5분간 건조했다. 상기 표면 도포 및 건조를 3회 반복한 후, 또한 120℃에서 10분간 가열하고, 상기 광 투과성 전극 상에 단락 방지용 버퍼층을 형성했다. 단락 방지용 버퍼층의 평균 막 두께는 700nm이었다.
실시예 2에서, 구리 메시 전극 부착 투명 기판 (A-3)을 구성하는 광 투과성 전극 상에 산화티탄층을 형성한 것 대신에, 상기에서 얻어진 단락 방지용 버퍼층 부착 투명 기판 (A-6)을 사용하여 단락 방지용 버퍼층 상에 산화티탄층을 형성한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 하여, 색소 증감 태양전지 소자를 제조했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있도록 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 초기특성으로서 평가했다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 색소 증감 태양전지 소자를, 60℃, 90%RH의 조건하에서 100시간 방치한 뒤, 상기와 동일하게, 색소 증감 태양전지 소자를, 애노드면으로부터 수광할 수 있게 배치하고, 수광면의 7000Lx의 광량의 광을 조사할 수 있도록 백색 형광등을 배치하여, 점등하고, 그 때에 취출한 전류값 및 전압값을 측정해서 노화 후 내구성으로서 평가했다. 또한, 이 때의 색소 증감 태양전지 소자의 상태를 육안 관찰했다.
얻어진 색소 증감 태양전지 소자의 특성을 표 6에 나타낸다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명에 의하면, 안정한 기전력을 갖는 색소 증감 태양전지가 저렴하게 제공된다. 이 색소 증감 태양전지는, 장기간 사용해도, 전해질 폴리머층이 액상 성분을 거의 포함하고 있지 않으므로, 부풀어오름, 박리 등이 발생하기 어렵고, 또한 애노드 전극인 색소를 담지한 산화티탄층의 활락이 일어나기 어렵다.
또, 전극으로서 구리 등으로부터 형성된 메시 전극을 사용할 수 있다.
10···투명 기판
20···광 투과성 전극
30···색소를 담지한 금속 산화물층
40···전해질 폴리머층
50···대향전극
60···대향전극기판
70···단락 방지용 버퍼층
20···광 투과성 전극
30···색소를 담지한 금속 산화물층
40···전해질 폴리머층
50···대향전극
60···대향전극기판
70···단락 방지용 버퍼층
Claims (15)
- 투명 기판, 광 투과성 전극, 색소를 담지한 금속 산화물층, 전해질 폴리머층, 대향전극 및 대향전극 기판이 이 순서로 적층되어 이루어진 색소 증감 태양전지로서,
상기 전해질 폴리머층은 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머 (A) 및 이 도핑제의 도판트 이온종과 상호 치환 가능한 이온성 화합물 (B)를 함유하는 솔리드 스테이트층이고,
상기 이온성 화합물 (B)는,
(b-1-1) 할로겐화 리튬, 루이스산의 리튬염, 루이스산의 암모늄염,
(b-2) 하기 수학식 1의 관계를 충족시키는 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머:
(수학식 1) 도전성 폴리머 (A)의 도핑율/도전성 폴리머 (b-2)의 도핑율≥0.9
(b-3) 상기 도전성 폴리머 (A)와는 상이한 주쇄 골격을 갖는, 도핑제를 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머, 및
(b-4) 도전성 폴리머 (A)에 도핑되어 있는 이온종과는 상이한 이온종을 갖는 도핑제를 도핑한 도전성 폴리머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이고,
상기 도전성 폴리머 (A) 및 상기 (b-2)~(b-4)에서의 도전성 폴리머는, 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리티오페닐로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 폴리머이고,
상기 도전성 폴리머 (A) 및 상기 (b-2)~(b-4)에서의 도핑제는, 술폰산기를 갖는 화합물, 아세틸기를 갖는 화합물, 카르복실기를 갖는 화합물, 붕산기를 갖는 화합물, 인산기를 갖는 화합물 및 할로겐 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 억셉터형 도핑제인 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지. - 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 폴리머 (A) 및 상기 (b-2)~(b-4)에서의 도핑제가, 술폰산기를 갖는 화합물 및 붕산기를 갖는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 억셉터형 도핑제인 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 전해질 폴리머층이 상기 도전성 폴리머 (A) 100중량부에 대하여 10∼300중량부의 양으로 열가소성 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양 전지.
- 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질 폴리머층이 풀러렌 화합물을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명 기판 및 대향전극 기판이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리술폰, 폴리에테르술폰(PES) 및 폴리시클로올레핀으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 고분자 투명 기판인 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 투과성 전극과 색소를 담지한 금속 산화물층 사이에, 단락 방지용 버퍼층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
- 제 1 항, 제 12 항, 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 투과성 전극 또는 대향전극 중의 하나 이상이, 메시 모양으로 형성된 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 산화물층이, 금속 산화물 표면에, 백금 또는 은 나노 콜로이드 입자 중의 하나 이상을 정착시킴으로써 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007193511 | 2007-07-25 | ||
JPJP-P-2007-193511 | 2007-07-25 | ||
PCT/JP2008/060426 WO2009013942A1 (ja) | 2007-07-25 | 2008-06-06 | 色素増感太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100049587A KR20100049587A (ko) | 2010-05-12 |
KR101429654B1 true KR101429654B1 (ko) | 2014-08-14 |
Family
ID=40281201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020107003108A KR101429654B1 (ko) | 2007-07-25 | 2008-06-06 | 색소 증감 태양전지 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100282308A1 (ko) |
EP (1) | EP2175517B1 (ko) |
JP (1) | JP5224604B2 (ko) |
KR (1) | KR101429654B1 (ko) |
CN (1) | CN101765942B (ko) |
TW (1) | TWI438905B (ko) |
WO (1) | WO2009013942A1 (ko) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7215773B1 (en) | 1998-10-14 | 2007-05-08 | Certicom.Corp. | Key validation scheme |
JP5339799B2 (ja) * | 2008-07-09 | 2013-11-13 | 日本カーリット株式会社 | 導電性高分子電極とその製造方法、導電性高分子層形成用塗布液、およびそれを備えた色素増感太陽電池 |
US9034211B2 (en) | 2009-02-17 | 2015-05-19 | Soken & Chemical & Engineering Co., Ltd. | Composite conductive polymer composition, method of manufacturing the same, solution containing the composition, use of the composition |
US9058916B2 (en) | 2009-02-17 | 2015-06-16 | Soken Chemical & Engineering Co., Ltd. | Composite conductive polymer composition, method of manufacturing the same, solution containing the composition, use of the composition |
TWI388081B (zh) * | 2009-06-03 | 2013-03-01 | Eternal Chemical Co Ltd | 染料敏化太陽能電池及其製法 |
KR20120052193A (ko) * | 2009-07-08 | 2012-05-23 | 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 캄파니, 리미티드 | 고체 전해질용 조성물 및 그것을 사용한 태양전지 |
KR101813650B1 (ko) * | 2009-07-08 | 2017-12-29 | 소켄 케미칼 앤드 엔지니어링 캄파니, 리미티드 | 도전성 고분자 조성물 및 그 제조 방법 |
US8895844B2 (en) * | 2009-10-23 | 2014-11-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Solar cell comprising a plasmonic back reflector and method therefor |
US8896077B2 (en) * | 2009-10-23 | 2014-11-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optoelectronic semiconductor device and method of fabrication |
JP2011142028A (ja) * | 2010-01-08 | 2011-07-21 | Hitachi Zosen Corp | 色素増感太陽電池におけるバッファ層の形成方法 |
US8999857B2 (en) | 2010-04-02 | 2015-04-07 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method for forming a nano-textured substrate |
CN102870233A (zh) | 2010-04-27 | 2013-01-09 | 佛罗里达大学研究基金会公司 | 肖特基结太阳能电池的电子栅改进 |
KR101094717B1 (ko) | 2010-09-20 | 2011-12-16 | 재단법인대구경북과학기술원 | 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 |
JP2013539168A (ja) * | 2010-09-27 | 2013-10-17 | ▲海▼洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 | 色素増感太陽電池の対電極及びその製造方法 |
US8907209B2 (en) * | 2011-01-13 | 2014-12-09 | Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. | Photoelectric conversion element |
CN102254961B (zh) * | 2011-05-28 | 2013-01-02 | 惠州市易晖太阳能科技有限公司 | 一种太阳能电池专用绒面导电玻璃及其制备方法与应用 |
JP5996859B2 (ja) * | 2011-10-14 | 2016-09-21 | コニカミノルタ株式会社 | 太陽電池 |
JP5580356B2 (ja) * | 2012-03-13 | 2014-08-27 | 株式会社東芝 | 電池用電極材料、電池用電極材料ペースト、及びそれを使った太陽電池、蓄電池及び太陽電池の製造方法 |
KR101496520B1 (ko) * | 2012-11-20 | 2015-02-27 | 주식회사 엘지화학 | 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
KR101383544B1 (ko) * | 2012-12-26 | 2014-04-10 | (주)에이티엠코리아 | 염료감응형 태양전지 광전극용 이산화티탄 나노분산용액 제조방법과 그 나노분산용액 및 그 나노분산용액을 이용하여 제조된 염료감응형 태양전지 |
US20140217408A1 (en) | 2013-02-06 | 2014-08-07 | International Business Machines Corporaton | Buffer layer for high performing and low light degraded solar cells |
JP2015049111A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 電磁波放射線の遮蔽体および電磁波放射線の遮蔽方法 |
CN104377304B (zh) * | 2014-09-12 | 2017-07-11 | 中国科学院物理研究所 | 钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法 |
CN106785026A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 德阳九鼎智远知识产权运营有限公司 | 一种锂电池电解液及其制备方法及其锂离子电池 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001007366A (ja) | 1999-06-25 | 2001-01-12 | Sony Corp | 電荷移動型ヘテロ接合構造体及びその製造方法 |
US6335481B1 (en) | 1998-09-30 | 2002-01-01 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor particle sensitized with methine dye |
JP2006172743A (ja) | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Nitto Denko Corp | 色素増感型太陽電池の製造方法および色素増感型太陽電池 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2312140A1 (en) * | 1999-06-25 | 2000-12-25 | Matthias Ramm | Charge separation type heterojunction structure and manufacturing method therefor |
JP2003251733A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-09 | Nitto Denko Corp | 透明ガスバリア性フィルム、及びそれを用いた透明導電性電極基材、表示素子、太陽電池又は面状発光体 |
JP4010170B2 (ja) * | 2002-04-11 | 2007-11-21 | ソニー株式会社 | 光電変換素子の製造方法 |
EP1473745A1 (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-03 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Dye sensitized solar cell |
US7462774B2 (en) * | 2003-05-21 | 2008-12-09 | Nanosolar, Inc. | Photovoltaic devices fabricated from insulating nanostructured template |
EP2204875B8 (en) * | 2003-05-30 | 2012-03-14 | Fujikura Ltd. | Electrolyte composition and photoelectric conversion element using same |
JP4767498B2 (ja) * | 2004-02-04 | 2011-09-07 | 信越ポリマー株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法 |
US7781672B2 (en) * | 2004-06-01 | 2010-08-24 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic module architecture |
KR100882503B1 (ko) * | 2004-10-06 | 2009-02-06 | 한국과학기술연구원 | 염료감응 태양전지용 고효율 대향전극 및 그 제조방법 |
US7985490B2 (en) * | 2005-02-14 | 2011-07-26 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Composition of conducting polymer and organic opto-electronic device employing the same |
JP2007227087A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Toin Gakuen | 色素増感型光電変換素子 |
-
2008
- 2008-06-06 KR KR1020107003108A patent/KR101429654B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2008-06-06 JP JP2009524418A patent/JP5224604B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2008-06-06 US US12/669,992 patent/US20100282308A1/en not_active Abandoned
- 2008-06-06 CN CN200880100275.5A patent/CN101765942B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-06-06 EP EP08765239.2A patent/EP2175517B1/en not_active Not-in-force
- 2008-06-06 WO PCT/JP2008/060426 patent/WO2009013942A1/ja active Application Filing
- 2008-06-18 TW TW097122639A patent/TWI438905B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6335481B1 (en) | 1998-09-30 | 2002-01-01 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor particle sensitized with methine dye |
JP2001007366A (ja) | 1999-06-25 | 2001-01-12 | Sony Corp | 電荷移動型ヘテロ接合構造体及びその製造方法 |
JP2006172743A (ja) | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Nitto Denko Corp | 色素増感型太陽電池の製造方法および色素増感型太陽電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101765942B (zh) | 2014-03-05 |
EP2175517A1 (en) | 2010-04-14 |
CN101765942A (zh) | 2010-06-30 |
EP2175517B1 (en) | 2015-04-22 |
TWI438905B (zh) | 2014-05-21 |
US20100282308A1 (en) | 2010-11-11 |
JP5224604B2 (ja) | 2013-07-03 |
TW200908351A (en) | 2009-02-16 |
EP2175517A4 (en) | 2011-08-17 |
WO2009013942A1 (ja) | 2009-01-29 |
KR20100049587A (ko) | 2010-05-12 |
JPWO2009013942A1 (ja) | 2010-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101429654B1 (ko) | 색소 증감 태양전지 | |
Fagiolari et al. | Poly (3, 4‐ethylenedioxythiophene) in dye‐sensitized solar cells: toward solid‐state and platinum‐free photovoltaics | |
KR100540157B1 (ko) | 복합 고분자 전해질을 포함하는 고체상 염료감응 태양전지 | |
Nogueira et al. | Polymers in dye sensitized solar cells: overview and perspectives | |
KR100882503B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 고효율 대향전극 및 그 제조방법 | |
KR101437046B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 광전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 | |
US7351359B2 (en) | Method for producing conductive polyaniline and organic polymer composition | |
TWI424601B (zh) | A method for manufacturing a conductive polymer electrode and a dye-sensitized solar cell provided with the same | |
KR101331109B1 (ko) | 광전기 소자 | |
EP1467386A2 (en) | Photoelectric conversion device fabrication method, photoelectric conversion device | |
JP4915785B2 (ja) | 色素増感太陽電池用の対極、及びそれを備えた色素増感太陽電池 | |
JP4190511B2 (ja) | 導電性ポリアニリン分散液から形成された色素増感太陽電池の光電変換素子用導電基板並びにその基板を用いた色素増感太陽電池 | |
KR20080006735A (ko) | 촉매 담지 탄소나노튜브를 이용한 태양전지 및 그 제조방법 | |
JP5480552B2 (ja) | 光電気素子 | |
WO2012096170A1 (ja) | 光電変換素子 | |
Mozaffari et al. | Effect of single-wall carbon nanotubes on the properties of polymeric gel electrolyte dye-sensitized solar cells | |
JP2007324080A (ja) | 色素増感太陽電池用の電解質−触媒複合電極、及びその製造方法並びにこれを備えた色素増感太陽電池 | |
Boro et al. | Synthesis and fabrication of TiO 2–ZnO nanocomposite based solid state dye sensitized solar cell | |
Lu et al. | Spontaneous Formation of Nanofibrillar and Nanoporous Structures in High‐Conductivity Conducting Polymers and Applications for Dye‐Sensitized Solar Cells | |
KR20100133486A (ko) | 광전 변환 소자 | |
Panda | Nanostructured organic solar cells | |
JP5673344B2 (ja) | 色素増感太陽電池 | |
JP2006318771A (ja) | 色素増感型太陽電池の触媒電極、及びそれを備えた色素増感型太陽電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |