KR101461095B1 - Electrolyte for light-sensitized solar cells and the light-sensitized solar cells comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 감응 태양전지용 전해액 및 이를 포함하는 광 감응 태양전지에 관한 것으로, 상세하게는 유기용매; 산화-환원 유도체; 이온성 액체; 및 광 감응제;를 포함하는 광 감응 태양전지용 전해액을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지용 전해액은 광 감응 태양전지에 적용되어 높은 신뢰성을 제공할 수 있으며, 특히 본 발명에 따른 전해액을 이용함으로써 시간이 경과하더라도 화학적 평형을 유지할 수 있어 광 감응제가 탈착되는 것을 방지할 수 있어 종래의 광 감응 태양전지에 비해 높은 신뢰성을 갖는 광 감응 태양전지를 제공할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolyte for a photosensor solar cell and a photosensor solar cell including the same. Oxidation-reduction derivatives; Ionic liquids; And a photo-sensitizer. The present invention also provides an electrolyte solution for a photosensitized solar cell.
The electrolyte solution for a solar cell according to the present invention can be applied to a photosensitized solar cell to provide high reliability. In particular, by using the electrolyte according to the present invention, chemical equilibrium can be maintained over time, It is possible to provide a photovoltaic solar cell having a higher reliability than a conventional photovoltaic solar cell.
Description
본 발명은 광 감응 태양전지용 전해액 및 이를 포함하는 광 감응 태양전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolyte for a photosensitized solar cell and a photosensitized solar cell comprising the same.
현재 전 세계적으로 환경오염의 심각성 및 석유자원 고갈에 대한 위기감에 관한 인식 때문에 청정 대체 에너지에 관한 관심이 고조되었으며 무한하며 친환경적인 태양광 발전에 관한 연구 및 실용화에 많은 관심이 집중되고 있다.
At present, awareness about the seriousness of environmental pollution and the sense of crisis about the depletion of petroleum resources worldwide has heightened interest in clean alternative energy, and much attention has been focused on research and commercialization of infinite and environmentally friendly photovoltaic power generation.
현재 상용화 단계까지 이른 대표적인 태양전지는 실리콘 기반 태양전지로서 다른 태양전지에 비해 우수한 효율을 나타내는 장점이 있다. 그러나 실리콘 기반 태양전지의 경우 원재료인 실리콘의 제한성이 문제가 되고 있으며 이에 따라 태양전지의 고가화가 초래되어 문제되고 있다. 이 때문에 많은 사람들은 저렴한 제조단가를 갖는 유기물 기반 태양전지에 관심을 갖고 있으며, 그 중에서도 상대적으로 높은 효율을 확보한 광 감응 태양전지에 많은 관심이 기울여 지고 있는 실정이다.
A typical solar cell that has reached the commercialization stage is a silicon-based solar cell, which has an advantage that it exhibits excellent efficiency as compared with other solar cells. However, in the case of silicon-based solar cells, the limitation of silicon, which is a raw material, is a problem, and solar cells are becoming more expensive. For this reason, many people are interested in organic-based solar cells having an inexpensive manufacturing cost. Among them, attention is focused on a photoresponsive solar cell having a relatively high efficiency.
1991년 스위스의 마이클 그라첼 그룹에서 최초로 보고가 된 광 감응 태양전지는 기존의 반도체 접합 태양전지와는 달리 광합성의 원리를 이용한 광 전기 화학적 태양전지로 볼 수 있으며 비정질 실리콘 태양전지와 버금가는 고효율을 나타내기 때문에 학계 및 산업계에서 큰 이목을 끌고 있다.
The photovoltaic solar cell, first reported by Michael Gratchel in Switzerland in 1991, can be regarded as a photoelectrochemical solar cell using the principle of photosynthesis unlike conventional semiconductor junction solar cells. And has attracted a great deal of attention in academia and industry.
광 감응 태양전지는 광전극부, 상대전극부, 두 전극 사이의 전해액의 기본구성을 하고 있으며 광전극부는 투명 전극위에 나노입자형태의 반도체 산화물, 그 표면에 화학적으로 흡착되어있는 광 감응제 분자로 구성된다. 상대전극부는 투명전극 위에 촉매층으로 구성되며 광전극부와 상대전극부 사이에 전해액이 위치하며 광 감응 태양전지가 구성된다.
The photosensitized solar cell has a basic structure of an electrolyte solution between a photoelectrode portion, a counter electrode portion, and two electrodes. The photoelectrode portion is a nanoparticle-type semiconductor oxide on a transparent electrode, and a photo- . The counter electrode unit is composed of a catalyst layer on a transparent electrode, and an electrolyte is disposed between the photo electrode unit and the counter electrode unit, thereby forming a photo sensitive solar cell.
광 감응제 분자에 태양빛이 흡수되면 광 감응제 분자 내에서 전자-홀 쌍을 생성하며, 이 전자는 반도체 산화물로 전달된다. 이렇게 전달된 전자는 회로를 통해 상대전극부로 전달되며 상대전극부 표면에서 산화/환원 전해액으로 전달이 되며 최종적으로 광 감응제 분자에서 생성된 홀로 전달이 됨으로써 광 감응 태양전지의 작동이 이루어진다.
When sunlight is absorbed in the photosensitizer molecule, an electron-hole pair is generated in the photosensitizer molecule, which is transferred to the semiconductor oxide. The electrons thus transferred are transferred to the counter electrode portion through the circuit, transferred from the surface of the counter electrode portion to the oxidation / reduction electrolyte, and eventually transferred to the holes generated in the photo-sensitizer molecule, thereby operating the photosensor solar cell.
그러나 종래의 광 감응 태양전지는 액상의 전해액이 셀 내부에 존재하는 구조로 인해 전해액의 누액 및 이미 흡착되었던 광 감응제의 탈착 등의 이유로 안정성 측면에서 타 태양전지에 비해 낮은 품질로 인해 산업화에 있어 어려움을 겪고 있다.
However, the conventional photosensitized solar cell has a problem in terms of stability due to leakage of the electrolyte and desorption of the photosensitizer which has already been adsorbed due to the structure in which the liquid electrolyte exists in the cell. I am having difficulties.
아울러, 다양한 그룹의 연구로 인해 전해액 누액에 의한 신뢰성 저하 문제의 해결책은 다양하게 제시된 반면 전해액에 의한 광 감응제의 탈착 문제는 고분자 막을 추가로 형성하는 등 복잡하고 추가비용이 발생하는 기술적 해결책들만 제시되어 있던 것이 현 실정이다.
In addition, various solutions have been proposed to solve the problem of reliability degradation due to electrolyte leakage, while the problem of desorption of the photosensitizer due to the electrolyte has resulted in complicated and additional technical solutions such as addition of a polymer film It is the present situation that it was.
이에 본 발명자들은 태양전지를 제조함에 있어서, 유기용매, 산화-환원 유도체, 이온성 액체 및 효율 향상을 위한 첨가제를 포함하며, 안정성 향상을 위한 광 감응제를 더 포함하는 태양전지용 전해액을 제조하고, 이를 광 감응 태양전지용 전해액을 이용함으로써 종래의 광 감응 태양전지에 비해 높은 신뢰성을 갖는 광 감응 태양전지를 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors prepared an electrolyte for a solar cell, which comprises an organic solvent, an oxidation-reduction derivative, an ionic liquid, and an additive for improving efficiency, and further comprising a photosensitizer for improving stability, The present invention has been accomplished on the basis of the finding that a photosensitive cell having a higher reliability than that of a conventional photosensor solar cell can be manufactured by using an electrolyte for a photosensitized solar cell.
본 발명의 목적은 광 감응 태양전지용 전해액을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide an electrolyte solution for a photosensitized solar cell.
본 발명의 다른 목적은 상기 전해액을 포함하는 광 감응 태양전지를 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a photosensitized solar cell comprising the electrolyte solution.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전해액을 포함하는 광 감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a photosensitized solar cell comprising the electrolyte solution.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
In order to achieve the above object,
유기용매;Organic solvent;
산화-환원 유도체;Oxidation-reduction derivatives;
이온성 액체; 및Ionic liquids; And
광 감응제;를 포함하는 광 감응 태양전지용 전해액을 제공한다.
The present invention also provides an electrolyte solution for a photosensitized solar cell.
또한, 본 발명은In addition,
기판, 투명전극, 반도체 산화물 및 광 감응제를 포함하는 광 전극부;A photoelectrode portion including a substrate, a transparent electrode, a semiconductor oxide, and a photosensitizer;
상대 전극부; 및A counter electrode part; And
상기 광 전극부 및 상기 상대 전극부 사이에 구비되는 상기 전해액;을 포함하는 광 감응 태양전지를 제공한다.
And the electrolyte solution provided between the photo electrode portion and the counter electrode portion.
나아가, 본 발명은Further,
기판, 투명전극 및 광 감응제가 흡착된 반도체 산화물층을 순차적으로 적층하여 광 전극을 제공하는 단계(단계 1);(Step 1) of sequentially laminating a substrate, a transparent electrode and a semiconductor oxide layer on which a photosensitizer is adsorbed to provide a photoelectrode;
기판, 투명 전극 및 상대전극 층을 순차적으로 적층하여 상대전극을 제공하는 단계(단계 2); 및A step of sequentially laminating a substrate, a transparent electrode and a counter electrode layer to provide a counter electrode (step 2); And
상기 단계 1의 광 전극 및 상기 단계 2의 상대 전극을 접합시킨 후, 상기 광 전극 및 상기 상대 전극 사이에 전해액을 주입하는 단계(단계 3);를 포함하는 광 감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
(Step 3) of injecting an electrolyte between the photoelectrode and the counter electrode after bonding the photoelectrode of the step 1 and the counter electrode of the step 2 (step 3) .
본 발명에 따른 태양전지용 전해액은 광 감응 태양전지에 적용되어 높은 신뢰성을 제공할 수 있으며, 특히 본 발명에 따른 전해액을 이용함으로써 시간이 경과하더라도 화학적 평형을 유지할 수 있어 광 감응제가 탈착되는 것을 방지할 수 있어 종래의 광 감응 태양전지에 비해 높은 신뢰성을 갖는 광 감응 태양전지를 제공할 수 있다.
The electrolyte solution for a solar cell according to the present invention can be applied to a photosensitized solar cell to provide high reliability. In particular, by using the electrolyte according to the present invention, chemical equilibrium can be maintained over time, It is possible to provide a photovoltaic solar cell having a higher reliability than a conventional photovoltaic solar cell.
도 1은 본 발명에 따른 광 감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 광 감응 태양전지의 전류밀도-전압 곡선을 나타낸 것이며;
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 광 감응 태양전지의 시간에 따른 전류밀도 변화를 나타낸 것이고;
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 광 감응 태양전지의 시간에 따른 효율 변화를 나타낸 것이다.1 is a schematic view of a photosensitized solar cell according to the present invention;
2 is a graph showing current density-voltage curves of a photosensor solar cell manufactured according to an embodiment and a comparative example of the present invention;
FIG. 3 is a graph showing a change in current density with time for a photosensitized solar cell manufactured according to an embodiment and a comparative example of the present invention;
FIG. 4 is a graph showing changes in efficiency with time of a photosensitized solar cell fabricated according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하며, 본 발명을 기술함에 있어서, 관련된 기술은 동종 업계와 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 충분히 제공함에 목적이 있다. 따라서 도면에서의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장 또는 단순화하여 표현될 수 있다. 본 발명의 핵심을 이해하는 데 있어 불필요하다 여겨지는 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, it is an object of the present invention to sufficiently provide the related art to a person having ordinary skill in the related art and the technical field. Accordingly, the shapes in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity. A detailed description of the configuration that is considered unnecessary for understanding the essence of the present invention may be omitted.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 The present invention
유기용매;Organic solvent;
산화-환원 유도체;Oxidation-reduction derivatives;
이온성 액체; 및Ionic liquids; And
광 감응제;를 포함하는 광 감응 태양전지용 전해액을 제공한다.
The present invention also provides an electrolyte solution for a photosensitized solar cell.
본 발명에 따른 태양전지용 전해액은 광 감응 태양전지를 구성하는 광전극부와 상대전극부 사이에 충진되는 전해액으로써 광 감응제의 탈착을 방지시키기 위한 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 종래의 광전극부 상에 흡착된 광 감응제는 액상의 전해액과 맞닿아 시간의 흐름에 따라 화학적 평형을 유지하기 위해 광전극부에서 탈착되어 전해액 내부로 분산되기 때문에 태양전지의 사용기간이 길어짐에 따라 태양전지의 신뢰성이 떨어지게 되는 문제가 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 전해액 내부에 화학적 평형을 최대한 태양전지의 제조 초기의 상태로 유지하기 위한 첨가제로써 광 감응제를 도입하였다.
The electrolyte solution for a solar cell according to the present invention is an electrolyte solution filled between a photoelectrode portion and a counter electrode portion constituting the photo sensitive solar cell, and includes an additive for preventing desorption of the photosensitizer. Since the photo-sensitizer adsorbed on the conventional photo-electrode portion is separated from the photo-electrode portion and dispersed into the electrolyte solution in order to maintain chemical equilibrium with the passage of time due to the contact with the liquid electrolyte, the use period of the solar cell becomes longer The reliability of the solar cell is deteriorated. In order to solve such problems, the present invention introduces a photosensitizer as an additive for maintaining the chemical equilibrium in the electrolyte solution at the initial stage of manufacturing the solar cell as much as possible.
즉, 본 발명에 따른 태양전지용 전해액은 전자전달을 위한 산화/환원 쌍이 존재하는 첨가제로써 광전극부에 흡착된 광 감응제와 동일하거나 유사하여 화학적 평형을 이동시키지 않는 구조의 분자인 광 감응제를 첨가제로써 사용한다. 상기 안정성 향상을 위한 첨가제로는 광 전극부에 흡착된 광 감응제와 동일한 물질로 선택되거나 유사한 물질 군 중 한 가지 혹은 두 가지 이상으로 선택되는 물질이 사용될 수 있다.
That is, the electrolytic solution for a solar cell according to the present invention is an additive having an oxidation / reduction pair for electron transfer, which is the same or similar to the photosensitizer adsorbed on the photo-electrode portion, It is used as an additive. As the additive for improving the stability, a material selected from the same material as the photo-sensitizer adsorbed on the photo-electrode portion, or a material selected from one or more of the similar material groups may be used.
본 발명에 따른 전해액이 광 감응제를 포함함에 따라 광전극부에 흡착된 광 감응제의 탈착을 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이때 전해액에 포함되는 광 감응제는 광전극부에 흡착된 광 감응제와 동일하거나 그 분자 구조가 유사한 광 감응제를 1종 이상 사용할 수 있다. 이러한 광 감응제로는 유기-금속 화합물 염료, 유기 염료, 고분자 염료, 반도체 나노 입자 중 어느 하나를 선택할 수 있으며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
As the electrolyte according to the present invention includes the photo-sensitizer, the photosensitizer adsorbed on the photo-electrode can be prevented from being desorbed to improve the stability. In this case, the photo- One or more photo-sensitizers which are the same as or similar in molecular structure to the photosensitizer may be used. As such a photosensitizer, any one of organic-metal compound dyes, organic dyes, polymer dyes, and semiconductor nanoparticles may be selected and used alone or in admixture of two or more. However, the present invention is not limited thereto.
한편, 상기 유기-금속 화합물 염료로는 바람직하게는 루테늄(Ru)계열의 유기-금속 화합물을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 시스-디아이소싸이오시아네이토-비스 2,2'-바이피리딜-4,4'-다이카복실레이토 루테늄(II)비스 테트라 부틸암모늄 (cis-diisothiocyanato-bis(2,2-bipyridyl-4,4-dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium) (N719))을 사용할 수 있으나, 광 전극부에 흡착된 광 감응제의 화학적 평형을 이동시키지 않는 물질이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
On the other hand, as the organic-metal compound dye, a ruthenium (Ru) -based organic-metal compound can be preferably used, and more preferably, cis-diisocyanate-bis 2,2'-bipyridyl Bis (4-dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium) (N719)) was used as the cis-diisothiocyanato-bis But it is not particularly limited as long as it is a material that does not shift the chemical equilibrium of the photo-sensitizer adsorbed on the photo-electrode portion.
또한, 본 발명에 따른 전해액은 유기용매에 대해서 0.01-0.5M의 상기 산화-환원 유도체, 0.1-10.0M의 이온성 액체, 0.1-10mM의 광 감응제를 포함할 수 있다.The electrolytic solution according to the present invention may contain 0.01-0.5M of the oxidation-reduction derivative, 0.1-10.0M of ionic liquid, 0.1-10mM of photosensitizer to the organic solvent.
이때, 상기 광 감응제가 용매에 대하여 0.1 mM 미만으로 포함되는 경우에는 광전변환 효율이 현저히 저하될 수 있으며, 10 mM을 초과하는 경우에는 소자의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있어 광 감응제를 용매에 대하여 0.1-10mM범위 내에서 포함한다.
At this time, if the photosensitizer is contained in an amount of less than 0.1 mM, the photoelectric conversion efficiency may be significantly lowered. If the concentration is more than 10 mM, the performance of the device may be deteriorated. In the range of 0.1-10 mM.
본 발명에 따른 전해액에 있어서, 상기 유기용매로는 에틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메닐카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 아세토니트릴, 3-메톡시프로피온니트릴, 발레로니트릴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기용매를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 광 감응제를 균질하게 분산시킬 수 있는 용매를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
In the electrolytic solution according to the present invention, the organic solvent is preferably one selected from the group consisting of ethyl carbonate, propylene carbonate, dimethicon carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, tetrahydrofuran, acetonitrile, 3-methoxypropiononitrile and valeronitrile May be used. However, it is not limited thereto, and a solvent capable of homogeneously dispersing the photosensitizer can be appropriately selected and used.
본 발명에 따른 전해액에 포함되는 산화-환원 유도체는 전해액 안에서 산화-환원 반응을 통해 광여기를 통해 전자를 잃은 광 감응제에 전자를 보충하는 역할을 수행하며, 이때, 상기 산화-환원 유도체로는 요오드 및 요오드화 리튬, 요오드화 소듐, 요오드화 칼륨으로부터 이루어진 군 중 한 가지로 선택되거나 두 가지 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나. 상기 산화-환원 유도체가 이에 한정되는 것은 아니다.
The oxidation-reduction derivative included in the electrolyte according to the present invention functions to supplement electrons to the photosensitizer that lost electrons through photoexcitation through an oxidation-reduction reaction in the electrolyte solution. The oxidation- Iodine, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, or a mixture of two or more of them. The oxidation-reduction derivative is not limited thereto.
본 발명에 따른 전해액에 있어서 상기 이온성 액체는 산화 환원 유도체와 복합체를 형성하고, 상기 복합체는 공명구조를 형성함에 따라 구조의 견고함이 증가하고, 상기 공명구조로부터 섬유상 구조의 전도채널이 형성되어 전자의 이동을 활발하게 할 수 있다. 이때, 상기 이온성 액체로는 1-부틸-1-메틸피롤리디니움 아이오다이드, 1-메틸-1-프로필피롤리디니움 아이오다이드, 1-에틸-1-메틸피롤리디니움 아이오다이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 이온성 액체가 이에 한정되는 것은 아니다.
In the electrolytic solution according to the present invention, the ionic liquid forms a complex with the redox derivative, and the composite has a stronger structure as a resonance structure is formed, and a conductive channel of a fibrous structure is formed from the resonance structure The movement of electrons can be made active. At this time, the ionic liquid may be 1-butyl-1-methylpyrrolidinium iodide, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium iodide, 1-ethyl- And the like, but the ionic liquid is not limited thereto.
본 발명에 따른 전해액에 있어서, 광전변환효율 향상을 위한 첨가제로써 구아니딘 사이오시아네이트 또는 t-부틸피리딘을 0.05M 내지 5.0M의 함량으로 더 포함하여 광 감응 태양전지용 전해액으로 사용할 수 있다. 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 첨가제라면 이에 한정되는 것은 아니고 바람직하게는 구아니딘 사이오시아네이트 및 t-부틸피리딘 중 어느 하나 또는 그 이상을 함께 사용할 수 있다.
In the electrolyte according to the present invention, guanidine isocyanate or t-butylpyridine may be added in an amount of 0.05M to 5.0M as an additive for improving photoelectric conversion efficiency and used as an electrolyte solution for a photosensitized solar cell. Any additive capable of improving the photoelectric conversion efficiency is not limited thereto, and preferably any one or more of guanidine cyanocyanate and t-butylpyridine can be used together.
한편, 상기 구아니딘 사이오시아네이트 및 t-부틸피리딘 등의 첨가제는 그것들이 갖는 비공유 전자쌍에 의해 염료분자가 흡착되지 않은 산화물 반도체 표면에 부착되어 산화물 반도체와 전해질의 직접적인 접촉을 막아주어 염료 분자에서 산화물 반도체로 주입된 전자의 전해질로의 재결합을 방지하여 개방전압을 상승시키고 궁긍적으로 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.
On the other hand, the additive such as guanidine isocyanate and t-butylpyridine adheres to the surface of the oxide semiconductor to which the dye molecules are not adsorbed by the pair of non-covalent electrons, thereby preventing direct contact between the oxide semiconductor and the electrolyte, It is possible to prevent the recombination of the injected electrons into the electrolyte, thereby increasing the open-circuit voltage and ultimately improving the photoelectric conversion efficiency.
또한, 본 발명은 In addition,
기판, 투명전극, 반도체 산화물 및 광 감응제를 포함하는 광 전극부;A photoelectrode portion including a substrate, a transparent electrode, a semiconductor oxide, and a photosensitizer;
상대 전극부; 및A counter electrode part; And
상기 광 전극부 및 상기 상대 전극부 사이에 상기의 전해액;을 포함하는 광 감응 태양전지를 제공한다.
And the electrolyte solution between the photo electrode portion and the counter electrode portion.
이때, 본 발명에 따른 광 감응 태양전지의 단면을 개략적으로 도시한 그림을 도 1에 나타냈으며, 이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.1 is a schematic cross-sectional view of a photovoltaic solar cell according to the present invention, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 감응 태양전지를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면 광 감응 태양전지는 빛을 받아들여 전자를 생성시키는 광전극부와 회로를 이동한 전자가 되돌아오는 상대전극부를 포함하며 상기 광전극부와 상대전극부 사이에 산화/환원 반응을 통한 전자전달 역할을 수행하는 전해액을 포함한다. 상기 광전극부는 빛을 투과시킬 수 있는 기판, 생성된 전자의 이동을 위한 투명전극 막, 전자 전달 역할을 하는 반도체 산화물, 광을 직접적으로 흡수하여 전자를 생성하는 광 감응제를 순차적으로 적층한 것을 포함한다.
1 is a view illustrating a photosensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the photoreactive solar cell includes a photo-electrode unit that receives light and generates electrons, and a counter electrode unit that recovers electrons moving the circuit, and performs an oxidation / reduction reaction between the photo- And an electrolytic solution performing an electron transferring role through the electrolyte. The photo-electrode unit includes a substrate capable of transmitting light, a transparent electrode film for moving generated electrons, a semiconductor oxide serving as an electron transporting layer, and a photo-sensitizer for directly absorbing light to generate electrons .
이때, 본 발명에 따른 광 감응 태양전지는 전해액으로서, 유기용매; 산화-환원 유도체; 이온성 액체; 및 광 감응제;를 포함하는 상기 전해액을 포함한다.In this case, the photovoltaic solar cell according to the present invention is an electrolytic solution comprising an organic solvent; Oxidation-reduction derivatives; Ionic liquids; And a photo-sensitizer.
상기 전해액은 광 감응 태양전지를 구성하는 광전극부와 상대전극부 사이에 충진되는 전해액으로써 광전극부의 광 감응제가 탈착되는 것을 방지하기 위하여 광전극부의 광 감응제와 동일 또는 유사한 광 감응제를 첨가제로 포함하며, 이를 통해 전해액 내부에 화학적 평형을 통해 태양전지가 제조 초기의 상태를 유지할 수 있도록 한다.
In order to prevent the photosensitizer from being detached from the photo-electrode portion, the photo-sensitizer may be made of the same or similar photo-sensitizer as the photosensitizer of the photo- Thereby enabling the solar cell to maintain its initial state through chemical equilibrium within the electrolyte.
즉, 일반적으로 광전극부 상에 흡착된 광 감응제는 액상의 전해액과 맞닿아 시간이 경과됨에 따라 화학적 평형을 유지하기 위해 광전극부에서 탈착되어 전해액 내부로 분산되며, 이에 따라 태양전지의 사용기간이 길어질수록 태양전지의 신뢰성이 떨어지게 되는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 광 감응 태양전지는 광전극부의 광 감응제와 동일 또는 유사한 광 감응제를 첨가제로 포함하는 전해액을 포함하여 전해액 내부에 화학적 평형을 달성할 수 있으며, 이를 통해 상기한 바와 같은 신뢰성 저하 문제를 해결할 수 있다.
That is, in general, the photo-sensitizer adsorbed on the photo-electrode portion is desorbed from the photo-electrode portion and dispersed into the electrolyte solution in order to maintain chemical equilibrium with time as it is in contact with the liquid electrolyte, The longer the period, the lower the reliability of the solar cell. However, the photo-sensitization solar cell according to the present invention may include an electrolyte solution containing the same or similar photo-sensitizer as the photosensitizer of the photo-electrode unit as an additive, thereby achieving chemical equilibrium within the electrolyte. The reliability problem can be solved.
한편, 본 발명에 따른 광 감응 태양전지에 있어서, 상기 상대전극부는 기판, 전극용 전도성 금속 막, 촉매 층이 순차적으로 적층되어 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 기판은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 기판 중에서 선택하여 사용할 수 있으며 바람직하게는 PET, PEN, PC, PI 중의 어느 하나를 포함하는 고분자 기판 또는 유리 기판 등 투명전극을 코팅할 수 있는 투명 기판이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 촉매층은 백금, 탄소 소재 촉매층과 같이 광 감응 태양전지의 동작을 원활하게 할 수 있게 하는 촉매층이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
In the photovoltaic solar cell according to the present invention, the counter electrode unit may be formed by sequentially laminating a substrate, a conductive metal film for an electrode, and a catalyst layer. In this case, Substrate, and is not particularly limited as long as it is a transparent substrate capable of coating a transparent electrode such as a polymer substrate or a glass substrate containing any one of PET, PEN, PC, and PI. The catalyst layer is not particularly limited as long as it is a catalyst layer that can smoothly operate the photoreactive solar cell, such as platinum and a carbon material catalyst layer.
또한, 상기 투명전극은 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택 될 수 있으며 바람직하게는 플루오르 틴 옥사이드(FTO)를 사용 할 수 있다.
The transparent electrode may be selected from the group consisting of fluorine tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), and mixtures thereof. Tin oxide (FTO) can be used.
나아가, 상기 산화물 투명전극 상에 구비되어 광 감응제로부터 전자를 전달 받을 수 있는 반도체 산화물로는 티탄(Ti), 아연(Zn), 실리콘(Si), 주석(Sn), 텅스텐(W) 및 지르코늄(Zr)과 같은 금속의 산화물을 사용할 수 있으며 바람직하게는 산화티탄(TiO2)을 사용할 수 있으나, 상기 반도체 산화물이 이에 한정되는 것은 아니고, 이들을 단독 또는 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
Further, the semiconductor oxide provided on the transparent oxide electrode and capable of receiving electrons from the photosensitizer may include at least one of titanium (Ti), zinc (Zn), silicon (Si), tin (Sn), tungsten (W) (Zr), and titanium oxide (TiO 2 ) may be preferably used. However, the semiconductor oxide is not limited thereto, and they may be used singly or in combination of two or more.
또한, 본 발명은 In addition,
기판, 투명전극 및 광 감응제가 흡착된 반도체 산화물층이 순차적으로 적층된 광 전극을 제조하는 단계(단계 1);(Step 1) of fabricating a photo electrode in which a substrate, a transparent electrode, and a semiconductor oxide layer on which a photosensitizer is adsorbed are sequentially laminated;
기판, 투명 전극 및 상대전극 층을 순차적으로 적층하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 2); 및Forming a counter electrode by sequentially laminating a substrate, a transparent electrode, and a counter electrode layer (Step 2); And
상기 단계 1에서 제조된 광 전극 및 상기 단계 2에서 제조된 상대 전극을 접합시킨 후, 상기 광 전극 및 상기 상대 전극 사이에 상기의 전해액을 주입하는 단계(단계 3);를 포함하는 광 감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
And a step (3) of injecting the electrolyte between the photoelectrode and the counter electrode after bonding the photoelectrode manufactured in the step 1 and the counter electrode prepared in the step 2, Of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 광 감응 태양전지의 제조방법을 단계별로 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a photosensitized solar cell according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 광 감응 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 1은 기판, 투명전극 및 광 감응제가 흡착된 반도체 산화물층이 순차적으로 적층된 광 전극을 제조하는 단계이다.In the method of manufacturing a photovoltaic solar cell according to the present invention, step 1 is a step of fabricating a photoelectrode in which a substrate, a transparent electrode, and a semiconductor oxide layer adsorbed with a photosensitizer are sequentially laminated.
상기 단계 1은 광 감응형 태양전지 중 광전극을 제조하는 단계로서, 투명 기판상에 산화물 투명 전극 및 반도체 산화물을 순차적으로 형성하여 적층한 후, 상기 반도체 산화물층에 광 감응제를 흡착시킴으로서 광전극을 제조한다.The step 1 is a step of fabricating a photoelectrode of a photoreceptive solar cell, which comprises sequentially forming and laminating an oxide transparent electrode and a semiconductor oxide on a transparent substrate, and then adsorbing the photo-sensitizer to the semiconductor oxide layer, .
이때, 상기 단계 1의 상기 기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI) 등의 고분자 또는 유리 기판을 사용할 수 있다. 이때, 상기 기판은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 기판들을 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기한 바와 같은 PET, PEN, PC, PI 등의 고분자 기판 또는 유리 기판을 사용할 수 있으나, 빛을 투과할 수 있는 투명한 기판이라면 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, a polymer or a glass substrate such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyimide (PI) At this time, the substrate can be selected from conventional substrates in the technical field to which the present invention belongs. Preferably, the above-mentioned polymer substrate such as PET, PEN, PC, PI or a glass substrate can be used, But not limited to, a transparent substrate that can transmit light.
또한, 상기 단계 1의 투명전극은 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO) 및 안티몬 틴 옥사이드(ATO) 등의 산화물 투명전극일 수 있으며, 상기 투명전극은 상기 투명 기판상에 진공 열 증착, 스퍼터링, 잉크젯 공정 등의 다양한 코팅 공정을 통해 상기 산화물들을 코팅하여 형성될 수 있다.
The transparent electrode of step 1 may be an oxide transparent electrode such as fluorine tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), aluminum zinc oxide (AZO) and antimony tin oxide (ATO) And the oxide may be coated on the transparent substrate through various coating processes such as vacuum thermal deposition, sputtering, and inkjet process.
나아가, 상기 단계 1의 반도체 산화물층은 티탄(Ti), 아연(Zn), 실리콘(Si), 주석(Sn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr) 등의 산화물을 이용하여 형성될 수 있으며, 경우에 따라 이들 산화물들을 혼합하여 형성될 수 있다. 상기 반도체 산화물층은 흡착된 광 감응제로부터 전자를 전달받을 수 있는 반도체 산화물들로서, 바람직하게는 산화티탄(TiO2)을 사용할 수 있으나, 상기 반도체 산화물이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 반도체 산화물들을 적절히 선택하여 단독 또는 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Further, the semiconductor oxide layer of step 1 may be formed using an oxide such as titanium (Ti), zinc (Zn), silicon (Si), tin (Sn), tungsten (W), or zirconium (Zr) And may be formed by mixing these oxides as the case may be. The semiconductor oxide layer is a semiconductor oxide capable of receiving electrons from the adsorbed photo-sensitizer, preferably titanium oxide (TiO 2 ). However, the semiconductor oxide is not limited thereto, And may be used singly or in a mixture of two or more.
아울러, 상기 반도체 산화물층은 일예로 반도체 산화물을 포함하는 페이스트를 제조한 후, 이를 닥터블레이딩, 스크린 프린팅과 같은 코팅공정을 통해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 균질한 층을 형성할 수 있는 적절한 공정을 선택하여 반도체 산화물층을 형성시킬 수 있다.
In addition, the semiconductor oxide layer may be formed by, for example, preparing a paste containing a semiconductor oxide and then performing a coating process such as doctor blading or screen printing. However, the present invention is not limited thereto, A suitable process may be selected to form a semiconductor oxide layer.
상기 반도체 산화물층으로 흡착되는 광 감응제는 빛을 받아 전자를 생성시킬 수 있는 물질들로서, 상기 광 감응제로는 유기-금속 화합물 염료, 유기 염료, 고분자 염료, 반도체 나노 입자 중 어느 하나를 선택할 수 있으며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
The photosensitizer adsorbed to the semiconductor oxide layer is a material capable of generating electrons by receiving light. The photosensitizer may be selected from organic-metal compound dyes, organic dyes, polymer dyes, and semiconductor nanoparticles. These may be used singly or in combination of two or more. However, the present invention is not limited thereto.
한편, 상기 유기-금속 화합물 염료로는 바람직하게는 루테늄(Ru)계열의 유기-금속 화합물을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 시스-디아이소싸이오시아네이토-비스 2,2'-바이피리딜-4,4'-다이카복실레이토 루테늄(II)비스 테트라 부틸암모늄 (cis-diisothiocyanato-bis(2,2-bipyridyl-4,4- dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium) (N719))을 사용할 수 있으나, 광 전극부에 흡착된 광 감응제의 화학적 평형을 이동시키지 않는 물질이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.On the other hand, as the organic-metal compound dye, a ruthenium (Ru) -based organic-metal compound can be preferably used, and more preferably, cis-diisocyanate-bis 2,2'-bipyridyl Bis (4-dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium) (N719)) was used as the cis-diisothiocyanato-bis But it is not particularly limited as long as it is a material that does not shift the chemical equilibrium of the photo-sensitizer adsorbed on the photo-electrode portion.
이때, 상기 반도체 산화물층으로 광 감응제를 흡착시키는 것은 반도체 산화물층을 광 감응제가 분산된 용액에 침지시켜 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 반도체 산화물층으로 광 감응제를 균질하게 흡착시킬 수 있는 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
At this time, the adsorption of the photosensitizer to the semiconductor oxide layer may be performed by immersing the semiconductor oxide layer in a solution in which the photosensitizer is dispersed. However, the present invention is not limited thereto, You can select and use the appropriate method.
본 발명에 따른 광 감응 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 2는 기판, 투명 전극 및 상대전극 층을 순차적으로 적층하여 상대전극을 제조하는 단계이다.In the method of manufacturing a photovoltaic solar cell according to the present invention, step 2 is a step of fabricating a counter electrode by sequentially laminating a substrate, a transparent electrode, and a counter electrode layer.
상기 단계 2에서 제조되는 상대전극은 기판, 산화물 투명전극 및 촉매층이 순차적으로 적층된 구조로서, 이때, 상기 기판으로는 단계 1의 기판과 동일하게 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI) 등의 고분자 또는 유리 기판을 사용할 수 있고,The counter electrode prepared in the step 2 is a structure in which a substrate, an oxide transparent electrode and a catalyst layer are sequentially stacked. In this case, the substrate is made of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) , Polycarbonate (PC) and polyimide (PI), or a glass substrate can be used,
상기 투명전극 역시 단계 1의 투명전극과 동일하게 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO) 및 안티몬 틴 옥사이드(ATO) 등의 산화물 투명전극일 수 있으며, 상기 투명 기판상에 스퍼터링 공정 등의 다양한 코팅 공정을 통해 상기 산화물들을 코팅하여 형성될 수 있다. The transparent electrode may also be an oxide transparent electrode such as fluorine tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), aluminum zinc oxide (AZO) and antimony tin oxide (ATO) And may be formed by coating the oxides on a transparent substrate through various coating processes such as a sputtering process.
또한, 상기 촉매층은 금(Au), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 아연(Zn), 실리콘(Si), 주석(Sn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr) 등의 금속 또는 이들의 산화물을 1종 또는 2종 이상 포함하도록 형성될 수 있으며, 상기 물질들 외에도 상대전극의 역할을 수행할 수 있는 물질들을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. The catalyst layer may be formed of at least one selected from the group consisting of Au, Pt, Mo, Ag, Cu, Ni, Ti, Zn, (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), or oxides thereof. In addition to the above materials, materials that can serve as counter electrodes It can be selected and used properly.
아울러, 상기 상대전극 층은 진공 열 증착, 스퍼터링, 잉크젯 등의 코팅공정을 적절히 선택하여 형성될 수 있으며, 상대전극 층을 균질하게 코팅할 수 있는 공정이라면 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the counter electrode layer may be formed by appropriately selecting a coating process such as vacuum thermal deposition, sputtering, and inkjet, and is not limited to the process of uniformly coating the counter electrode layer.
본 발명에 따른 광 감응 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 1에서 제조된 광 전극 및 상기 단계 2에서 제조된 상대 전극을 접합시킨 후, 상기 광 전극 및 상기 상대 전극 사이에 전해액을 주입하는 단계이다.In the method of manufacturing a photovoltaic solar cell according to the present invention, step 3 is a step of bonding the photoelectrode prepared in step 1 and the counter electrode prepared in step 2, and then an electrolyte solution is formed between the photoelectrode and the counter electrode Injection.
단계 3은 상기 단계 1에서 제조된 광 전극과 상기 단계 2에서 제조된 상대 전극을 접합시킨 후, 상기 광 전극 및 상기 상대 전극 사이에 상기의 전해액을 주입하는 단계로서, 상기 전해액으로는 유기용매; 산화-환원 유도체; 이온성 액체; 및 광 감응제;를 포함하는 상기 전해액을 이용한다.Step 3 is a step of injecting the electrolyte solution between the photoelectrode prepared in the step 1 and the counter electrode prepared in the step 2, and between the photoelectrode and the counter electrode, wherein the electrolyte solution is an organic solvent; Oxidation-reduction derivatives; Ionic liquids; And a photo-sensitizer.
즉, 상기 단계 3에서 주입되는 전해액은 광전극에 흡착되어 있는 광 감응제가 탈착되는 것을 방지하기 위하여 광전극의 광 감응제와 동일 또는 유사한 광 감응제를 첨가제로 포함하는 것으로, 이를 통해 전해액 내부에 화학적 평형을 통해 태양전지가 제조 초기의 상태를 유지할 수 있도록 한다. That is, in order to prevent the photosensitizer adsorbed on the photoelectrode from being desorbed, the electrolyte injected in the step 3 includes a photo-sensitizer, which is the same as or similar to the photosensitizer of the photoelectrode, as an additive. Chemical equilibrium allows the solar cell to maintain its initial state of production.
따라서, 일반적으로 광전극부 상에 흡착된 광 감응제가 액상의 전해액과 맞닿아 시간이 경과됨에 따라 화학적 평형을 유지하기 위해 광전극부에서 탈착되어 전해액 내부로 분산되는 문제를 방지하고, 전해액 내부에 화학적 평형을 달성할 수 있기 때문에 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 광 감응 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Therefore, in order to maintain the chemical equilibrium as the time elapses, the photo-sensitizer adsorbed on the photo-electrode portion is prevented from being detached from the photo-electrode portion and dispersed into the electrolyte, Chemical equilibrium can be achieved, it is possible to improve the reliability of the photovoltaic solar cell manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
<< 실시예Example 1> 광 1> Light 감응제를Sensitizer 포함하는 전해액의 제조 Preparation of electrolytes containing
산화-환원 유도체인 요오드와 요오드화 리튬;Iodide and lithium iodide which are oxidation-reduction derivatives;
이온성 액체인 1-메틸-1-프로필피롤리디니움 아이오다이드;1-methyl-1-propylpyrrolidinium iodide, an ionic liquid;
효율향상을 위한 첨가제인 t-부틸피리딘, 구아니딘사이오시아네이트; 및 T-butylpyridine, guanidine isocyanate; And
광 감응제인 N719를 유기용매인 아세토니트릴로 분산시켜 광 감응 태양전지용 전해액을 제조하였다. The photosensitizer, N719, was dispersed with acetonitrile as an organic solvent to prepare an electrolyte solution for a photosensitized solar cell.
이때, 상기 아세토니트릴로는 0.03M의 요오드, 0.05M의 요오드화 리튬, 1.0M의 1-메틸-1-프로필피롤리디니움 아이오다이드, 0.5M의 t-부틸피리딘, 0.1M의 구아니딘사이오시아네이트 및 0.1mM의 N719가 분산되었으며, 이를 통해 광 감응 태양전지용 전해액을 제조하였다.
As the acetonitrile, 0.03M of iodine, 0.05M of lithium iodide, 1.0M of 1-methyl-1-propylpyrrolidinium iodide, 0.5M of t-butylpyridine, 0.1M of guanidine cy Nate and 0.1mM of N719 were dispersed to prepare an electrolyte solution for a photosensitized solar cell.
<< 실시예Example 2> 광 감응 태양전지의 제조 2> Manufacture of photo-sensitive solar cell
단계 1 : 유리 기판상에 FTO 투명 전극 및 TiO2인 반도체 산화물을 순차적으로 코팅한 후, 상기 반도체 산화물층에 광 감응제인 N719를 흡착시켰다.
Step 1: A FTO transparent electrode and a semiconductor oxide of TiO 2 were sequentially coated on a glass substrate, and N719 as a light-sensitive agent was adsorbed on the semiconductor oxide layer.
단계 2 : 유리 기판상에 FTO 투명 전극 및 촉매금속인 Pt를 코팅하여 상대전극을 제조하였다. 패터닝 하였다.
Step 2: A counter electrode was prepared by coating an FTO transparent electrode and Pt as a catalytic metal on a glass substrate. Patterning.
단계 3 : 상기 단계 1 및 2에서 제조된 광전극 및 상대전극을 접합한 후, 광전극 및 상대전극 사이의 공간으로 상기 실시예 1에서 제조된 전해액을 주입하여 광 감응 태양전지를 제조하였다.
Step 3: After bonding the photoelectrode and the counter electrode prepared in the above steps 1 and 2, the electrolyte prepared in Example 1 was injected into a space between the photoelectrode and the counter electrode to prepare a photo-sensitized solar cell.
<< 비교예Comparative Example 1> 1>
상기 실시예 1의 전해액 중 광 감응제를 포함하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 전해액을 제조하였다.
An electrolyte solution for a solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the photosensitizer was not included in the electrolyte solution of Example 1.
<< 비교예Comparative Example 2> 2>
상기 실시예 2의 단계 3에 있어서, 비교예 1에서 제조된 전해액을 주입한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 광 감응 태양전지를 제조하였다.
A photoreactive solar cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that the electrolyte prepared in Comparative Example 1 was injected in Step 3 of Example 2.
<< 실험예Experimental Example 1> 태양전지의 특성 평가 1> Evaluation of solar cell characteristics
본 발명에 따른 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 특성을 알아 보기 위하여, 실시예 2 및 비교예 2의 태양전지의 성능을 솔라 시뮬레이터를 이용하여 측정하였다. 이때, 상기 측정 조건은 AM 1.5 (1sun, 100mW/cm2)으로 설정하였고, 상기 측정 결과는 표 1, 도 3 및 도 4에 나타내었다.
In order to examine characteristics of the solar cell manufactured in Example 2 and Comparative Example 2 according to the present invention, the performance of the solar cell of Example 2 and Comparative Example 2 was measured using a solar simulator. At this time, the measurement conditions were set to AM 1.5 (1 sun, 100 mW / cm 2 ), and the measurement results are shown in Tables 1, 3 and 4.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 광 감응 태양전지와 비교예 2에 의해 제조된 광 감응 태양전지의 초기 효율은 거의 동일한 것을 알 수 있으며, 이는 실시예 2에서 제조된 태양전지가 첨가된 안정성 향상을 위한 N719가 포함된 전해액이 초기 효율에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. As shown in Table 1, the initial efficiency of the photosensitized solar cell manufactured according to Example 2 of the present invention and that of the photosensor solar cell prepared according to Comparative Example 2 are almost the same, It can be seen that the electrolytic solution containing N719 for improving the stability to which the manufactured solar cell is added does not greatly affect the initial efficiency.
한편, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 신뢰도 특성 확인을 위해 약 200시간 동안의 시간에 따른 Jsc 및 약 2500시간 후의 효율 특성을 비교하였을 때, 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 태양전지는 약 200시간이 경과된 이후에도 우수한 안정성을 나타내어 성능이 저하되는 정도가 비교예 2의 태양전지보다 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 약 2500시간이 경과된 이후에도 최초 광전변환효율의 약 90%에 해당하는 광전변환효율을 나타내고 있는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 84%에 해당하는 광전변환효율을 나타내고 있는 비교예 2의 태양전지보다 안정성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
Meanwhile, as shown in FIGS. 3 and 4, when the Jsc and the efficiency characteristics after about 2500 hours according to the time for about 200 hours were compared to confirm the reliability characteristic, the solar cell manufactured in Example 2 according to the present invention Showed excellent stability even after about 200 hours had elapsed, and it was confirmed that the performance was lower than that of the solar cell of Comparative Example 2. In addition, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency corresponding to about 90% of the initial photoelectric conversion efficiency after about 2500 hours has elapsed, and the solar cell of Comparative Example 2 showing the photoelectric conversion efficiency of 84% It can be confirmed that it is more excellent in stability.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나 본 발명의 기술적 구성은 상기에 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않으며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능하므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 또한 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, and that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. And all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
Claims (13)
산화-환원 유도체;
이온성 액체; 및
유기-금속 화합물 염료 또는 유기 염료인 광 감응제;를 포함하는 광 감응 태양전지용 전해액.
Organic solvent;
Oxidation-reduction derivatives;
Ionic liquids; And
An organic-metal compound dye or an organic dye; and a photo-sensitizer.
상기 전해액은 유기용매에 대하여 0.01 - 0.5M인 산화-환원 유도체, 0.1 - 10.0M인 이온성 액체, 및 0.1 - 10mM인 광 감응제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolytic solution comprises an oxidation-reduction derivative of 0.01-0.5 M, 0.1-10.0 M of an ionic liquid, and 0.1-10 mM of a photosensitizer in an organic solvent.
상기 유기 용매는 에틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메닐카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 아세토니트릴, 3-메톡시프로피온니트릴 및 발레로니트릴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
The method according to claim 1,
The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of ethyl carbonate, propylene carbonate, dimethicon carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, tetrahydrofuran, acetonitrile, 3-methoxypropionitrile and valeronitrile Wherein the electrolyte solution is an aqueous solution.
상기 산화-환원 유도체는 요오드, 요오드화 리튬, 요오드화 소듐, 요오드화 칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the oxidation-reduction derivative is at least one selected from the group consisting of iodine, lithium iodide, sodium iodide, and potassium iodide.
상기 이온성 액체는 1-부틸-1-메틸피롤리디니움 아이오다이드, 1-메틸-1-프로필피롤리디니움 아이오다이드, 1-에틸-1-메틸피롤리디니움 아이오다이드으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
The method according to claim 1,
The ionic liquid may be selected from the group consisting of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium iodide, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium iodide and 1-ethyl- Wherein the electrolyte solution is at least one selected from the group consisting of the following compounds.
상기 전해액은 광전변환효율 향상을 위한 첨가제로 구아니딘 사이오시아네이트 또는 t-부틸피리딘을 0.05-5.0M의 함량으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolytic solution further contains guanidine cyanocyanate or t-butylpyridine in an amount of 0.05-5.0M as an additive for improving photoelectric conversion efficiency.
상기 광 감응제는 루테늄(Ru)계열의 유기-금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the photosensitizer is at least one selected from the group consisting of ruthenium (Ru) -based organic-metal compounds.
상기 유기-금속 화합물은 시스-디아이소싸이오시아네이토-비스(2,2'-바이피리딜-4,4'-다이카복실레이토) 루테늄(II)비스 (테트라 부틸암모늄)(N719) (cis-diisothiocyanato-bis(2,2-bipyridyl-4,4-dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium) (N719))인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지용 전해액.
8. The method of claim 7,
(II) bis (tetrabutylammonium) (N719) (cis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium diisothiocyanato-bis (2,2-bipyridyl-4,4-dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium) (N719).
상대 전극부; 및
상기 광 전극부 및 상기 상대 전극부 사이에 구비되는 제 1항의 전해액;을 포함하는 광 감응 태양전지.
A photoelectrode portion including a substrate, a transparent electrode, a semiconductor oxide, and a photosensitizer;
A counter electrode part; And
And an electrolyte solution between the photoelectrode portion and the counter electrode portion.
상기 기판은 PET, PEN, PC 및 PI 중 어느 하나를 포함하는 고분자 기판 또는 유리기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지.
The method of claim 9, wherein
Wherein the substrate is any one of a polymer substrate including one of PET, PEN, PC, and PI, or a glass substrate.
상기 투명전극은 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO) 및 안티몬 틴 옥사이드(ATO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the transparent electrode is at least one selected from the group consisting of fluorine tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), aluminum zinc oxide (AZO), and antimony tin oxide (ATO).
상기 반도체 산화물은 티탄(Ti), 아연(Zn), 실리콘(Si), 주석(Sn), 텅스텐(W) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로 선택되는 1종의 금속을 포함하는 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 광 감응 태양전지.
10. The method of claim 9,
The semiconductor oxide is a metal oxide containing one kind of metal selected from the group consisting of titanium (Ti), zinc (Zn), silicon (Si), tin (Sn), tungsten (W) and zirconium A photovoltaic solar cell characterized by.
기판, 투명 전극 및 상대전극 층을 순차적으로 적층하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 1에서 제조된 광 전극 및 상기 단계 2에서 제조된 상대 전극을 접합시킨 후, 상기 광 전극 및 상기 상대 전극 사이에 제 1항의 전해액을 주입하는 단계(단계 3);를 포함하는 광 감응 태양전지의 제조방법.
(Step 1) of fabricating a photo electrode in which a substrate, a transparent electrode, and a semiconductor oxide layer on which a photosensitizer is adsorbed are sequentially laminated;
Forming a counter electrode by sequentially laminating a substrate, a transparent electrode, and a counter electrode layer (Step 2); And
(Step 3) of injecting the electrolyte solution of claim 1 between the photoelectrode and the counter electrode after bonding the photoelectrode prepared in the step 1 and the counter electrode prepared in the step 2, Gt;
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20080029231A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | 한국전자통신연구원 | Die-sensitized solar cells including polymer electrolyte containing conductive particles suspended therein and method for manufacturing the same |
| KR20110000368A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-03 | 한국에너지기술연구원 | Electrolyte for dye-sensitized solarcell comprising pyrrolidinium iodide based ionic liquid, dye-sensitized solarcell comprising the electrolyte and preparation method of the dye-sensitized solarcell |
-
2012
- 2012-11-12 KR KR1020120127459A patent/KR101461095B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20080029231A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | 한국전자통신연구원 | Die-sensitized solar cells including polymer electrolyte containing conductive particles suspended therein and method for manufacturing the same |
| KR20110000368A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-03 | 한국에너지기술연구원 | Electrolyte for dye-sensitized solarcell comprising pyrrolidinium iodide based ionic liquid, dye-sensitized solarcell comprising the electrolyte and preparation method of the dye-sensitized solarcell |
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