KR101532421B1 - Quasi-solid electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell containing the electrolyte - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell which includes two or more kinds of lithium salt selected among LiBOB, LiTFSi, LiPF6, LiBF4, and LiClO4.

Description

염료감응 태양전지용 준고체 전해질 및 그 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지{QUASI-SOLID ELECTROLYTE FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELL CONTAINING THE ELECTROLYTE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell comprising the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 염료감응 태양전지용 준고체 전해질 및 그 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LiBOB, LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 2종 이상의 리튬염을 포함하는 염료감응 태양전지용 준고체 전해질 및 그 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a dye-sensitized solar cell comprising a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell comprising the same. More particularly, the present invention includes two or more lithium salts selected from LiBOB, LiTFSi, LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 And a dye-sensitized solar cell comprising the electrolyte.

일반적으로, 염료감응 태양전지는 광전기화학적 태양전지로서 실리콘형 태양전지와 비해 1/5 정도 수준의 낮은 제조 단가, 전지의 투명 특성, 플렉시블한 전지의 제조 가능성 및 상대적으로 날씨의 변화에 덜 민감하다는 점 등의 장점으로 인해 차세대 태양전지로 각광받고 있다.In general, a dye-sensitized solar cell is a photo-electrochemical solar cell, which is lower in manufacturing cost than the silicon type solar cell by about 1/5, the transparent property of the cell, the possibility of manufacturing a flexible battery, And it has been attracting attention as a next generation solar cell.

이러한 염료감응 태양전지는 가시광선영역대의 파장을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하는 감광성 염료분자가 나노 결정성 산화티타늄 입자에 흡착된 광전극, 유기용매에 산화/환원을 담당하는 요오드 이온이 용해된 요오드계 전해액 및 백금 상대전극으로 구성된다. Such a dye-sensitized solar cell is a dye-sensitized solar cell that comprises a photo-electrode in which a photosensitive dye molecule absorbing a wavelength of a visible light ray to generate an electron-hole pair is adsorbed on nanocrystalline titanium oxide particles, and an iodide ion Based iodine electrolytic solution and a platinum counter electrode.

액체 전해질을 적용한 염료감응 태양전지(한국공개특허 제2001-0030478호)는 높은 에너지 변환 효율을 보이는 동시에 전해액 누수 및 용매 증발로 인한 성능의 저하 등의 안정성 문제와 유기 용매 사용으로 환경오염 문제를 야기하는데, 이는 염료감응 태양전지의 상업화의 가장 큰 문제점으로 인식되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하고 태양전지의 안정성과 내구성을 향상시키기 위해 액체 전해질을 물리적 또는 화학적으로 겔화시키는 방법 등이 연구되고 있다. 또한 액체 전해질의 존재로 인해 플렉시블한 태양전지를 제조하는데 불리한 요인이 되고 있다. The dye-sensitized solar cell (Korean Patent Laid-Open No. 2001-0030478) to which a liquid electrolyte is applied (Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0030478) exhibits high energy conversion efficiency and also causes stability problems such as deterioration of performance due to electrolyte leakage and solvent evaporation, Which is recognized as the biggest problem of the commercialization of the dye-sensitized solar cell. In order to solve such problems and improve the stability and durability of solar cells, a method of physically or chemically gelling a liquid electrolyte has been studied. In addition, due to the presence of the liquid electrolyte, it becomes a disadvantage for manufacturing a flexible solar cell.

상술한 액체 전해질의 문제점을 개선하기 위한 개발의 예로 이온성 액체 전해질을 적용한 염료감응 태양전지가 있다(한국공개특허 제2009-0022383호). 종래 유기용매를 사용한 염료감응 태양전지 전해질에 비하여 낮은 증기압으로 용매 증발을 근본적으로 차단하여 이를 적용한 염료감응 태양전지는 우수한 내구성과 안정성을 보인다. 하지만 액체 상을 가지는 상기 전해질은 염료감응 태양전지의 완벽한 실링(sealing)을 하지 못했을 시 전해액의 누수로 인한 염료감응 태양전지의 성능의 저하 등의 안정성 문제를 해결하는데 여전히 어려움을 보인다.As an example of development for solving the problems of the liquid electrolyte described above, there is a dye-sensitized solar cell to which an ionic liquid electrolyte is applied (Korean Patent Publication No. 2009-0022383). The dye-sensitized solar cell in which the solvent evaporation is fundamentally blocked at a low vapor pressure as compared with the dye-sensitized solar cell electrolyte using the conventional organic solvent, shows excellent durability and stability. However, the electrolyte having a liquid phase still has difficulties in solving the stability problem such as the deterioration of the performance of the dye-sensitized solar cell due to leakage of the electrolyte when the dye-sensitized solar cell can not be completely sealed.

이 같은 문제를 해결하고자 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히 염료감응 태양전지의 내구성과 안정성 개선을 통해 태양전지의 수명을 늘릴 수 있는 준고체 전해질 또는 고체 전해질을 적용한 염료감응 태양전지 개발이 진행되고 있다.Various researches have been conducted to solve such problems. In particular, development of a dye-sensitized solar cell using a semi-solid electrolyte or a solid electrolyte capable of increasing the lifetime of a solar cell by improving the durability and stability of the dye- .

고체 고분자 전해질은 낮은 가격과 제조공정상 편의를 제공하는 특징과 우수한 기계적 강도를 제공함으로써 우수한 내구성과 안정성을 나타내는 염료감응 태양전지를 제공할 수 있다(M.S. Kang, J. H. Kim, Y. J. Kim, J. G. Won, N. G. Park, Y. S. Kang, Chem. Commun., 2005, 889~891). 하지만 태양전지 내에서 이온전도도가 낮고, 전해질과 염료가 흡착된 산화티타늄 전극이 불완전하게 접촉하는 등의 단점이 있다. The solid polymer electrolyte can provide a dye-sensitized solar cell that exhibits excellent durability and stability by providing a low price and a characteristic that provides a manufacturing process smoothness and excellent mechanical strength (MS Kang, JH Kim, JG Won, NG Park, YS Kang, Chem. Commun., 2005, 889-891). However, there is a disadvantage in that ion conductivity is low in a solar cell, and an electrolyte and a titanium oxide electrode adsorbed with a dye are incompletely contacted.

이와 같이, 종래의 방법으로는 염료감응 태양전지의 내구성과 안정성을 기대하기 힘들며, 태양전지의 광 변환효율 향상에 한계를 보인다. 이온성 액체 전해질의 특징과 고체 고분자 전해질의 장점을 모두 가지며, 동시에 염료가 흡착된 산화티타늄 전극과 전해질 사이의 우수한 접촉을 통하여 태양전지 에너지 변환 효율을 향상시키는 것이 태양전지에 있어 필요한 조건이며 이를 위해 많은 역구들이 진행되어 오고 있고 또한 앞으로도 많은 연구가 필요한 실정이다.As described above, it is difficult to expect the durability and stability of the dye-sensitized solar cell in the conventional method, and the improvement of the photoconversion efficiency of the solar cell is limited. It is a necessary condition for the solar cell to improve the energy conversion efficiency of the solar cell through the excellent contact between the titanium oxide electrode and the electrolyte having both the characteristics of the ionic liquid electrolyte and the advantages of the solid polymer electrolyte and at the same time, Many researches have been carried out and many researches are needed in the future.

한국 공개특허공보 제2001-0030478호Korean Patent Publication No. 2001-0030478 한국 공개특허공보 제2009-0022383호Korean Patent Publication No. 2009-0022383

M.S. Kang, J. H. Kim, Y. J. Kim, J. G. Won, N. G. Park, Y. S. Kang, Chem. Commun., 2005, 889~891 M.S. Kang, J. H. Kim, Y. J. Kim, J. G. Won, N. G. Park, Y. S. Kang, Chem. Commun., 2005, 889-891

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 준고체 전해질로서 제조 공정이 까다롭지 않아 대량생산에 적합한 장점이 있으며, 수분이나 산소에 큰 영향을 받지 않고, 또한 고분자를 함유하지 않아 별도의 열공정이 배제되어 열에 약한 염료분자의 성능 열화를 억제할 수 있는 염료감응 태양전지용 준고체 전해질을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a quasi-solid electrolyte which is advantageous for mass production because it is not difficult to manufacture, The present invention is intended to provide a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell which is capable of suppressing deterioration in the performance of dye molecules which are weak to heat.

또한 본 발명은 2종 이상의 리튬염을 혼합한 준고체 전해질 뿐 아니라 액체 전해질을 적용한 태양전지의 전압-전류 특성을 증가시킬 수 있고, 겔 고분자 전해질 제조 방법에 있어 액체전해질에 세라믹 입자를 첨가함으로써, 세라믹 입자가 액체 전해질을 흡수하여 준고체화 함으로써, 세라믹 입자의 함량에 따라 점도의 조절이 용이하며 별도의 기구 없이 교반을 통해 세라믹 입자를 분산시킬 수 있으며 세라믹 입자의 첨가에 따라 태양광의 산란 효과와 함께 이온전도도를 더욱 증가시킬 수 있는 염료감응 태양전지용 준고체 전해질을 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, the present invention can increase the voltage-current characteristics of a solar cell to which a liquid electrolyte is applied as well as a quasi-solid electrolyte in which two or more kinds of lithium salts are mixed, and in the method for producing a gel polymer electrolyte, The ceramic particles are absorbed by the liquid electrolyte and semi-solidified, so that the viscosity can be easily controlled according to the content of the ceramic particles, and the ceramic particles can be dispersed by stirring without any mechanism. With the addition of the ceramic particles, And to provide a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell capable of further increasing the ionic conductivity.

또한 본 발명은 리튬염의 존재 하에 세라믹 입자의 준고체화가 진행되므로 별도의 추가 공정이 필요치 않으며 전해질 내에 태양전지의 전류 또는 전압 특성을 저하시킬 수 있는 불순물의 유입을 차단할 수 있고, 준고체 전해질에 2종 이상의 리튬염을 혼합하였을 때 다공성의 표면 특성을 나타내며 액체 전해질의 흡수를 증가하고, 첨가하는 리튬염의 특성에 따른 보강 효과를 나타내어 태양전지의 전압-전류 특성을 더욱 증가시킬 수 있으며, 준고체 전해질 내에 함유된 리튬염은 전해질의 이온전도도를 상승시키는 것이 아니라 전극-전해질의 계면에서 전자의 재조합(recombination)을 억제시켜 전자의 이동도를 향상시킬 수 있는 염료감응 태양전지용 준고체 전해질을 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, since the semi-solidification of the ceramic particles proceeds in the presence of the lithium salt, an additional process is not required, and the introduction of impurities that may lower the current or voltage characteristics of the solar cell in the electrolyte can be blocked. It is possible to increase the voltage-current characteristics of the solar cell by increasing the absorption of the liquid electrolyte and enhancing the effect according to the characteristics of the lithium salt to be added, The present invention provides a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell capable of improving the mobility of electrons by preventing the recombination of electrons at the interface between the electrode and the electrolyte, not by increasing the ionic conductivity of the electrolyte The purpose.

또한 본 발명은 위와 같은 준고체 전해질을 이용하여 태양전지를 제조할 때 홀 통한 셀 내부 주입 뿐 아니라 페이스트 형태로 전극에 바를 수 있어 전해질-전극과의 접착성을 높여 우수한 계면 특성을 나타내며, 소자의 플렉시블화에 기여할 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, when preparing a solar cell using the quasi-solid electrolyte, the present invention can be applied not only to the inside of the cell through the hole but also to the electrode in the form of paste, thereby improving the adhesion with the electrolyte- electrode, And to provide a dye-sensitized solar cell capable of contributing to flexibility.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of a preferred embodiment thereof.

상기 목적은, LiBOB, LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 2종 이상의 리튬염을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 준고체 전해질에 의해 달성된다.The above object is, LiBOB, LiTFSi, LiPF 6, it is achieved by a dye-sensitized solar cell quasi-solid electrolyte comprising the lithium salt, two or more species selected from the group consisting of LiBF 4 and LiClO 4.

여기서, 상기 2종 이상의 리튬염은 LiBOB와 LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 한다. Here, the two or more kinds of lithium salts is characterized in that at least one selected from the group consisting of LiBOB and LiTFSi, LiPF 6, LiBF 4 and LiClO 4.

바람직하게는, 상기 리튬염 LiBOB와 상기 LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 적어도 하나의 리튬염의 중량비는 5: 5인 것을 특징으로 한다. Preferably, the lithium salt and the LiBOB LiTFSi, LiPF 6, at least one lithium salt in a weight ratio selected from the group consisting of LiBF 4 and LiClO 4 to 5: characterized in that the five.

바람직하게는, 상기 리튬염은 액체 전해질 용액 총 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the lithium salt is contained in an amount of 1 to 10% by weight based on the total weight of the liquid electrolyte solution.

바람직하게는, 상기 전해질 조성물은 나노복합체로 결합된 세라믹 입자, 이온성 액체, 비휘발성 유기용매 및 산화환원 유도체를 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the electrolyte composition comprises ceramic particles bonded with a nanocomposite, an ionic liquid, a non-volatile organic solvent and a redox derivative.

바람직하게는, 상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 한다. Preferably, the ceramic particles are at least one selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 and zeolite.

바람직하게는, 상기 세라믹 입자는 입경이 0.001 ~ 1 ㎛이고, 액체 전해질 용액 총 중량에 대하여 0.5 내지 30 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the ceramic particles have a particle diameter of 0.001 to 1 占 퐉 and are contained in an amount of 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the liquid electrolyte solution.

바람직하게는, 상기 비휘발성 유기용매는 3-메톡시 프로피오나이트릴(3-Methoxy propionitrile, MPN), 설포레인(Sulfolane), 감마부틸로락톤(Gamma -butyrolactone), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 환형 카보네이트인 것을 특징으로 한다. Preferably, the nonvolatile organic solvent is selected from the group consisting of 3-methoxy propionitrile (MPN), sulfolane, gamma-butyrolactone, ethylene carbonate (EC), propylene Carbonate (PC), and the like.

바람직하게는, 상기 산화환원 유도체는 1-메틸-3-프로필 이미다졸륨(1-methyl-3-propyl imidazolium iodide, PMII)와 같은 이온성 액체, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨 또는 브롬화 칼륨 등의 할로겐화 금속염 혹은 이미다졸리늄염, 피리디늄염, 제4급 암모늄염, 피롤리디늄염, 피라졸리듐염, 이소티아졸리 디늄염 또는 이소옥사졸리디늄염 등의 함질소 복소환 화합물 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.Preferably, the redox derivative is an ionic liquid such as 1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (PMII), lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide, A halogenated metal salt such as sodium bromide or potassium bromide or a nitrogen heterocycle such as an imidazolinium salt, a pyridinium salt, a quaternary ammonium salt, a pyrrolidinium salt, a pyrazolinium salt, an isothiazolidinium salt or an isoxazolidinium salt Compound. ≪ / RTI >

또한 상기 목적은, 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 위치하며 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극; 상기 광전극에 대향 배치되는 상대전극; 및 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재되며, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 준고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지에 의해 달성된다. The above object is also achieved by a photoelectric conversion element comprising: a photoelectrode including a first conductive film, a metal oxide layer positioned on the first conductive film and having a dye adsorbed thereon; A counter electrode disposed opposite to the photo electrode; And a quasi-solid electrolyte according to any one of claims 1 to 9 interposed between the photoelectrode and the counter electrode.

본 발명에 따르면, 준고체 전해질로서 제조 공정이 까다롭지 않아 대량생산에 적합한 장점이 있으며, 수분이나 산소에 큰 영향을 받지 않고, 또한 고분자를 함유하지 않아 별도의 열공정이 배제되어 열에 약한 염료분자의 성능 열화를 억제할 수 있는 등의 효과가 있다.According to the present invention, as a quasi-solid electrolyte, it is advantageous for mass production because the manufacturing process is not complicated, and it is not influenced by moisture or oxygen, and the polymer does not contain any polymer, And deterioration of performance can be suppressed.

또한, 2종 이상의 리튬염을 혼합한 준고체 전해질 뿐 아니라 액체 전해질을 적용한 태양전지의 전압-전류 특성을 증가시킬 수 있다.In addition, the voltage-current characteristics of a solar cell to which a liquid electrolyte is applied as well as a quasi-solid electrolyte in which two or more kinds of lithium salts are mixed can be increased.

또한, 겔 고분자 전해질 제조 방법에 있어 액체전해질에 세라믹 입자를 첨가함으로써, 세라믹 입자가 액체 전해질을 흡수하여 준고체화 한다. 세라믹 입자의 함량에 따라 점도의 조절이 용이하며 별도의 기구 없이 교반을 통해 세라믹 입자를 분산한다. 세라믹 입자의 첨가에 따라 태양광의 산란 효과와 함께 이온전도도를 더욱 증가시킬 수 있다. In addition, in the method for producing a gel polymer electrolyte, ceramic particles are added to the liquid electrolyte, so that the ceramic particles adsorb and solidify the liquid electrolyte. The viscosity is easily controlled according to the content of the ceramic particles and the ceramic particles are dispersed by stirring without any mechanism. With the addition of the ceramic particles, the ion conductivity can be further increased with the scattering effect of the sunlight.

또한, 리튬염의 존재 하에 세라믹 입자의 준고체화가 진행되므로 별도의 추가 공정이 필요치 않으며 전해질 내에 태양전지의 전류 또는 전압 특성을 저하시킬 수 있는 불순물의 유입을 차단할 수 있다.In addition, since the semi-solidification of the ceramic particles proceeds in the presence of the lithium salt, an additional process is not required, and the introduction of impurities that may lower the current or voltage characteristics of the solar cell in the electrolyte can be prevented.

또한, 준고체 전해질에 2종 이상의 리튬염을 혼합하였을 때 다공성의 표면 특성을 나타내며 액체 전해질의 흡수를 증가하고, 첨가하는 리튬염의 특성에 따른 보강 효과를 나타내어 태양전지의 전압-전류 특성을 더욱 증가시킬 수 있다.In addition, when two or more kinds of lithium salts are mixed in the quasi-solid electrolyte, it exhibits porous surface characteristics and increases the absorption of the liquid electrolyte and enhances the voltage-current characteristics of the solar cell by exhibiting a reinforcing effect according to the characteristics of the lithium salt to be added .

또한, 준고체 전해질 내에 함유된 리튬염은 전해질의 이온전도도를 상승시키는 것이 아니라 전극-전해질의 계면에서 전자의 재조합(recombination)을 억제시켜 전자의 이동도를 향상시킬 수 있다.Further, the lithium salt contained in the quasi-solid electrolyte can improve the mobility of electrons by preventing the recombination of electrons at the interface between the electrode and the electrolyte, not by increasing the ionic conductivity of the electrolyte.

또한, 이와 같이 생성된 준고체 전해질을 이용하여 태양전지를 제조할 때 홀 통한 셀 내부 주입 뿐 아니라 페이스트 형태로 전극에 바를 수 있어 전해질-전극과의 접착성을 높여 우수한 계면 특성을 나타내며, 소자의 플렉시블화에 기여할 수 있다.In addition, when the solar cell is manufactured using the quasi-solid electrolyte thus produced, it is possible to apply the paste to the electrode in addition to the injection into the cell through the hole, thereby improving the adhesion with the electrolyte-electrode, Thereby contributing to flexibility.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 3, 비교예 3 및 비교예4의 전해질을 이용한 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선.
도 2는 본 발명의 비교예 1 내지 4의 전해질을 이용한 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선.
도 3은 리튬염을 단독 적용한 경우의 SEM 사진.
도 4는 2종 이상 리튬염 혼합 적용한 경우의 SEM 사진.
1 is a current-voltage curve of a dye-sensitized solar cell using the electrolytes of Examples 1 to 3, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 of the present invention.
2 is a current-voltage curve of a dye-sensitized solar cell using the electrolytes of Comparative Examples 1 to 4 of the present invention.
3 is a SEM photograph of a lithium salt alone applied.
FIG. 4 is a SEM photograph of a case where two or more kinds of lithium salts are mixed. FIG.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are provided by way of illustration only for the purpose of more particularly illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments .

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control.

본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein.

달리 기술되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 기준이다. 또한 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한치와 바람직한 하한치의 목록 중 어느 하나로 주어질 경우, 이것은 범위가 별도로 개시되는 지에 관계없이 임의의 상한 범위 한계치 또는 바람직한 값과 임의의 하한 범위 한계치 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급되는 특정 값으로 한정되지 않는 것으로 의도된다.Unless otherwise stated, all percentages, parts, and percentages are by weight. It will also be understood that when an amount, concentration, or other value or parameter is given in any one of a range, a preferred range, or a list of preferred upper limits and preferred lower limits, it is understood that any upper limit range, It should be understood that specifically all ranges formed from any pair of range limits or desirable values are to be understood. Where a range of numerical values is referred to in this specification, unless otherwise stated, the range is intended to include all the integers and fractions within the endpoint and its range. The scope of the present invention is not intended to be limited to the specific values that are mentioned when defining the scope.

용어 "약"이라는 용어가 값 또는 범위의 종점을 기술하는 데 사용될 때, 본 개시 내용은 언급된 특정의 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.When the term "about" is used to describe the endpoint of a value or range, it is to be understood that the present disclosure encompasses the particular value or endpoint mentioned.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "구비하다(include)", "구비하는(including) ", "함유하는(containing)", "~을 특징으로 하는(characterized by)", "갖는다(has)", "갖는(having)"이라는 용어들 또는 이들의 임의의 기타 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하고자 한다. 예를들어, 요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 용품, 또는 기구는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 용품, 또는 기구에 내재적인 다른 요소를 포함할 수도 있다. 또한, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다.As used herein, the terms "comprise," "include," "including," "including," "containing," " Having ", " having ", " having ", or any other variation thereof, are intended to cover an inclusion not exclusive. For example, a process, method, article, or apparatus that comprises a list of elements is not necessarily limited to such elements, but may include other elements not expressly listed or inherent to such process, method, article, or apparatus It is possible. Also, unless explicitly stated to the contrary, "or" does not mean " comprehensive " or " exclusive "

출원인이 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 발명 또는 그 일부를 정의한 경우, 달리 명시되지 않는다면 그 설명이 "본질적으로 이루어진"이라는 용어를 이용하여 그러한 발명을 설명하는 것으로도 해석되어야 함이 쉽게 이해되어야 한다.Where an applicant defines an invention or portion thereof in an open term such as "comprising ", it should be readily understood that the description should be interpreted as describing the invention using the term" consisting essentially & do.

또한 본 명세서에서 사용되는 용어 중 "전해질 전구체 용액"은 리튬염과 세라믹입자를 포함하지 않는 전해질 용액을 의미하고, "액체 전해질"은 전해질 전구체 용액에 리튬염을 혼합한 액체 형태의 전해질을 의미하며, "준고체 전해질"은 액체 전해질에 세라믹입자를 포함하는 준고체 형태의 전해질(나노복합체)을 의미한다.As used herein, the term "electrolyte precursor solution" means an electrolyte solution containing no lithium salt and ceramic particles, and "liquid electrolyte " means a liquid electrolyte in which a lithium salt is mixed with an electrolyte precursor solution , "Quasi-solid electrolyte" refers to a quasi-solid electrolyte (nanocomposite) containing ceramic particles in a liquid electrolyte.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 제1 도전막, 상기 제1 도전막 상에 위치하며 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극, 상기 광전극에 대향 배치되는 상대전극 및 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재되며, 후술하는 준고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하면서 염료감응 태양전지용 준고체 전해질의 설명도 첨부한다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention comprises a first conductive layer, a photoelectrode located on the first conductive layer and including a dye-adsorbed metal oxide layer, a counter electrode disposed opposite to the photoelectrode, And a quasi-solid electrolyte interposed between the counter electrodes, which will be described later. Hereinafter, a method for producing a dye-sensitized solar cell will be described, and a description of a semi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell will be given.

먼저, 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극과 금속층을 포함하는 상대전극을 각각 준비한다. First, a photoelectrode including a dye-adsorbed metal oxide layer and a counter electrode including a metal layer are prepared.

구체적으로, 광전극은 제1 도전막 상에 위치하며 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함할 수 있다. Specifically, the photoelectrode may include a metal oxide layer on the first conductive layer and on which the dye is adsorbed.

제1 도전막은 광투과성 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 또는SnO2-Sb2O3로 이루어지는 전도성 금속 산화물막이 코팅된 것일 수 있다. 상기 광투과성 기판은 PET(Poly Ethylene Terephehalate), PEN(Poly Ethylene Naphthelate), PC(Poly Carbonate), PP(Poly Propylene), PI(Poly Imide) 또는 TAC(Tri Acetyl Cellulose)의 플라스틱 기판이나 유리 기판일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 되는 것은 아니다. 이러한 제1 도전막은 예를 들어, 광투과성 기판 상에 금속 산화물막을 스퍼터링법, 전해도금법 또는 전자빔증착법 등을 사용하여 형성할 수 있다.The first conductive film may be formed of a conductive metal such as indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 or SnO 2 -Sb 2 O 3 on a light- The oxide film may be coated. The light transmitting substrate may be a plastic substrate of PET (Poly Ethylene Terephthalate), PEN (Poly Ethylene Naphthalate), PC (Poly Carbonate), PP (Polypropylene), PI (Poly Imide) . However, the present invention is not limited thereto. Such a first conductive film can be formed, for example, on a light-transmitting substrate by using a metal oxide film by a sputtering method, an electrolytic plating method, an electron beam evaporation method, or the like.

제1 도전막 상에 위치하는 금속 산화물층은 나노 크기의 입경을 갖는 금속 산화물 입자로 이루어지며, 염료가 흡착되어 있는 층이다. 상기 금속 산화물은 타이타늄(Ti) 산화물, 주석(Sn) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 인듐(In)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물 등 중에서 적절하게 선택할 수 있다. The metal oxide layer located on the first conductive film is a layer formed of metal oxide particles having a nano-sized particle diameter and adsorbed on the dye. The metal oxide may be selected from the group consisting of titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, strontium oxide, indium oxide, magnesium oxide, Oxides, aluminum (Al) oxides, and the like.

금속 산화물층의 두께는 5 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다.The thickness of the metal oxide layer is preferably 5 to 20 mu m.

염료는 가시광의 흡수 및 전자 방출을 효율적으로 할 수 있는 염료라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 루테륨 착물 또는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 크산텐(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenyl methane) 등의 유기 염료를 사용할 수 있다.The dye is not particularly limited as long as it is a dye capable of efficiently absorbing visible light and electron emission and includes, for example, a lutetium complex or coumarin, porphyrin, xanthene, riboflavin, And organic dyes such as triphenyl methane may be used.

금속 산화물층은 금속 산화물 입자를 포함하는 코팅용 조성물을 제1 도전막 상에 통상의 도포 공정으로 도포한 후 열처리하는 등의 방법으로 형성할 수 있다. 이어서, 형성된 금속 산화물층에 염료를 포함하는 분산액을 분사, 도포 또는 침지하여 금속 산화물층에 염료를 흡착시킬 수 있다. The metal oxide layer can be formed by applying a coating composition containing metal oxide particles on the first conductive film by a usual coating process and then heat-treating the coating composition. Then, the dye can be adsorbed to the metal oxide layer by spraying, applying or immersing a dispersion containing the dye in the formed metal oxide layer.

상대전극은 제2 도전막과, 제2 도전막 상에 위치하는 금속층을 포함할 수 있다. 제2 도전막은 제1 도전막에서 설명한 바와 같이, 광투과성 기판 상에 전도성 금속 산화물막이 코팅된 것일 수 있다. 제2 도전막 상에 위치하는 금속층은 전해질 내에 존재하는 산화환원 유도체의 환원 반응을 촉진시키는 촉매 작용을 하는 층으로서, 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C) 등을 포함할 수 있다. 금속층이 백금층인 경우, 예를 들어, 백금 전구체 용액을 제2 도전막 상에 스핀 코팅한 후 400 내지 600℃에서 열처리하는 방법 또는 백금의 양극 산화법 등에 의해 형성할 수 있다.The counter electrode may include a second conductive layer and a metal layer disposed on the second conductive layer. The second conductive film may be a conductive metal oxide film coated on the light-transmitting substrate, as described in the first conductive film. The metal layer located on the second conductive layer is a layer that catalyzes the reduction reaction of the redox derivative present in the electrolyte and is formed of platinum Pt, gold Au, ruthenium Ru, palladium Pd, Rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), carbon (C), and the like. When the metal layer is a platinum layer, for example, the platinum precursor solution may be spin-coated on the second conductive layer and then heat-treated at 400 to 600 ° C or anodic oxidation of platinum.

광전극과 상대전극을 준비한 후, 광전극의 금속 산화물층과 상대전극의 금속층이 대향되도록 이격 배치한다. 이를 위하여, 광전극의 금속 산화물층과 상대전극의 금속층을 서로 대향되도록 한 후, 양 전극의 엣지부들 사이에 20 내지 100 ㎛ 두께의 열가소성 필름을 삽입하고, 이를 60 내지 120℃의 온도에서 5 내지 20 초 동안 유지하여 양 전극을 밀착시키는 공정을 이용할 수 있다. 이어서, 미리 뚫어 놓은 구멍을 통해 상기 광전극과 상기 상대전극 사이의 공간에 전해질을 주입한다. 또는 광 전극에 열가소성 필름을 삽입한 후, 광전극에 페이스트 형태의 준고체 전해질을 바르고 양전극을 덮어 밀착시키는 샌드위치 형태로도 제조 가능하다.After the photoelectrode and the counter electrode are prepared, the metal oxide layer of the photoelectrode and the metal layer of the counter electrode are arranged so as to face each other. For this, a metal oxide layer of the photoelectrode and a metal layer of the counter electrode are made to face each other, and a thermoplastic film having a thickness of 20 to 100 탆 is inserted between the edges of both electrodes, For 20 seconds so that both electrodes are in close contact with each other. Then, an electrolyte is injected into the space between the photoelectrode and the counter electrode through a previously drilled hole. Or a sandwich type in which a thermoplastic film is inserted into a photoelectrode and then a quasi-solid electrolyte is applied to the photoelectrode and a positive electrode is covered and adhered to the photoelectrode.

본 발명에 사용되는 리튬염인 LiBOB는 리튬-비스(옥살라토)보레이트(Lithium-bis(oxalato)borate)로서 하기 화학식 1의 구조를 가지고 있다.LiBOB, which is a lithium salt used in the present invention, is a lithium-bis (oxalato) borate having the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112013117797022-pat00001
Figure 112013117797022-pat00001

또한 본 발명에 사용되는 리튬염인 LiTFSI는 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐이미드(Lithium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide)로서 하기 화학식 2의 구조를 가지고 있다.The lithium salt LiTFSI used in the present invention is Lithium Bis (Trifluoromethanesulfonyl Imide) having the structure of the following formula (2).

[화학식 2] (2)

Figure 112013117797022-pat00002

Figure 112013117797022-pat00002

또한 본 발명에서는 리튬염으로 LiPF6(Lithium Hexafluorophosphate; 육불화인산리튬), LiBF4(lithium tetrafluoroborate; 불화붕소리튬) 및 LiClO4(Lithium Perchlorate; 과염소산리튬)을 사용할 수 있다.It may be used, (lithium perchlorate Lithium Perchlorate) Furthermore the present invention, the lithium salt, LiPF 6 (Lithium Hexafluorophosphate;; lithium hexafluorophosphate six), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate boron lithium) and LiClO 4.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지용 준고체 전해질은 LiBOB, LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 2종 이상의 리튬염을 포함한다. 이때 2종 이상의 리튬염을 적절한 비로 혼합하고, 이들을 액체 전해질에 용해시킨다. 준고체 전해질 내에 함유된 리튬염은 전해질의 이온전도도를 상승시키는 것이 아니라 전극-전해질의 계면에서 전자의 재조합(recombination)을 억제시켜 전자의 이동도를 향상시킬 수 있다.The quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell according to the present invention comprises at least two kinds of lithium salts selected from LiBOB, LiTFSi, LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 . At this time, two or more kinds of lithium salts are mixed at an appropriate ratio, and these are dissolved in the liquid electrolyte. The lithium salt contained in the quasi-solid electrolyte can improve the mobility of electrons by preventing the recombination of electrons at the interface between the electrode and the electrolyte, not by increasing the ionic conductivity of the electrolyte.

이러한 리튬염은 액체 전해질 용액 총 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 ~ 5중량%를 포함하는 것이다. 리튬염의 함량이 1중량% 미만일 경우 첨가하려는 리튬염이 매우 소량이어서 정확한 무게 계량이 어렵고 그 효과가 미미한 단점이 있고 10중량%를 초과할 경우 리튬염 입자가 응집되어 전해질 내 전자 이동을 방해하여 전기적 특성이 급격히 저하되는 단점이 있기 때문이다.The amount of the lithium salt is preferably 1 to 10% by weight, more preferably 1 to 5% by weight based on the total weight of the liquid electrolyte solution. When the content of the lithium salt is less than 1% by weight, the lithium salt to be added is very small, which makes it difficult to accurately weigh and has a weak effect. When the content exceeds 10% by weight, lithium salt particles aggregate, This is because there is a disadvantage that the characteristics are rapidly lowered.

바람직하게는 2종 이상의 리튬염은 LiBOB와 LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 적어도 하나인 것이다. 즉 리튬염 중 LiBOB는 반드시 들어가고 그 외 하나의 리튬염을 적어도 하나 혼합하여 사용할 수 있다는 것이다. 준고체 전해질에 2종 이상의 리튬염을 혼합할 경우 다공성의 표면 특성을 나타내며 액체 전해질의 흡수를 증가하고, 첨가하는 리튬염의 특성에 따른 보강 효과를 나타내어 태양전지의 전압-전류 특성을 더욱 증가시킬 수 있다.Preferably lithium salts of two or more is at least one selected from the group consisting of LiBOB and LiTFSi, LiPF 6, LiBF 4 and LiClO 4. That is, LiBOB in the lithium salt must be contained and at least one other lithium salt may be mixed and used. When two or more kinds of lithium salts are mixed in a quasi-solid electrolyte, they exhibit porous surface characteristics, increase the absorption of the liquid electrolyte, and enhance the voltage-current characteristics of the solar cell by exhibiting a reinforcing effect according to the characteristics of the lithium salt to be added have.

전해질 조성물은 나노복합체로 결합된 세라믹 입자, 이온성 액체, 비휘발성 유기용매 및 산화환원 유도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.The electrolyte composition is characterized in that it comprises ceramic particles bonded with a nanocomposite, an ionic liquid, a non-volatile organic solvent and a redox derivative.

전해질 조성물의 나노복합체로 결합된 세라믹 입자는 이온전도도를 증가시켜 겔화로 인한 이온전도도 감소를 방지하는 한편, 태양광의 산란 효과를 증가시켜 태양전지의 광전변환 전류를 증가시키는 역할을 할 수 있다. 겔 고분자 전해질 제조 방법에 있어 액체전해질에 세라믹 입자를 첨가함으로써, 세라믹 입자가 액체 전해질을 흡수하여 준고체화 한다. 세라믹 입자의 함량에 따라 점도의 조절이 용이하며 별도의 기구 없이 교반을 통해 세라믹 입자를 분산한다. 세라믹 입자의 첨가에 따라 태양광의 산란 효과와 함께 이온전도도를 더욱 증가시킬 수 있다. 또한 리튬염의 존재 하에 세라믹 입자의 준고체화가 진행되므로 별도의 추가 공정이 필요치 않으며 전해질 내에 태양전지의 전류 또는 전압 특성을 저하시킬 수 있는 불순물의 유입을 차단할 수 있다.The ceramic particles bonded with the nanocomposite of the electrolyte composition can increase the ionic conductivity to prevent decrease in ionic conductivity due to gelation and increase the photoelectric conversion current of the solar cell by increasing the scattering effect of sunlight. In the method of producing a gel polymer electrolyte, ceramic particles are added to a liquid electrolyte to allow the ceramic particles to absorb and solidify the liquid electrolyte. The viscosity is easily controlled according to the content of the ceramic particles and the ceramic particles are dispersed by stirring without any mechanism. With the addition of the ceramic particles, the ion conductivity can be further increased with the scattering effect of the sunlight. In addition, since the semi-solidification of the ceramic particles proceeds in the presence of the lithium salt, an additional process is not required and the introduction of impurities that may degrade the current or voltage characteristics of the solar cell in the electrolyte can be prevented.

이러한 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3,Y2O3 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 어느 한 성분을 함유하는 입자일 수 있다. 세라믹 입자의 크기는 제한이 없으나, 균일한 분산 및 전해질의 두께 조절을 위하여 0.001 ~ 1 ㎛ 범위인 입경인 것이 바람직하다. 첨가되는 세라믹 입자의 함량은 액체 전해질 용액 총 중량에 대하여 0.5 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 세라믹 입자의 함량이 0.5 중량% 미만이면 이온전도도 향상 효과가 거의 나타나지 않으며, 30 중량%를 초과하면 겔 고분자 전해질의 유연성이 떨어질 뿐 아니라 이온전도도가 다시 감소하게 되어 태양전지의 효율 향상을 기대할 수 없기 때문이다.These ceramic particles may be particles containing at least any one selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 and zeolite. The size of the ceramic particles is not limited, but is preferably in the range of 0.001 to 1 μm for uniform dispersion and thickness control of the electrolyte. The content of the added ceramic particles is preferably 0.5 to 30% by weight, more preferably 5 to 15% by weight based on the total weight of the liquid electrolyte solution. If the content of the ceramic particles is less than 0.5 wt%, the effect of improving the ionic conductivity hardly appears. If the content of the ceramic particles is more than 30 wt%, the flexibility of the gel polymer electrolyte deteriorates and the ionic conductivity decreases again, Because.

또한 이온성 액체는 특별하게 제한되는 것은 아니며 요오다이드(I2)로부터 얻어지는 이미다졸요오다이드가 있다. 상기 이미다졸은 예를 들면, 1-메틸-3-프로필 이미다졸, 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸, 3-헥실-1-메틸 이미다졸, 1-에틸-3-메틸 이미다졸, 1.3-디메틸이미다졸, 1-부틸-3-메틸 이미다졸으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한 당해 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 이온성 액체를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어 1-메틸-3-에틸 이미다졸륨 디시아나이드(1-methyl-3-ethyl imidazolium dicyanamide, EMIDCA), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 싸이오네이트(EMINCS)[1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate] 등이 있다.Also, the ionic liquid is not particularly limited, and there is imidazoliyide obtained from iodide (I 2 ). The imidazole may be, for example, 1-methyl-3-propyl imidazole, 1,2-dimethyl-3-propyl imidazole, 3-hexyl- , 1,3-dimethylimidazole, and 1-butyl-3-methylimidazole. It may further comprise an ionic liquid used in the technical field to which the present invention belongs. For example, 1-methyl-3-ethyl imidazolium dicyanamide (EMIDCA), 1-ethyl-3-methylimidazolium thionate (EMINCS) [1-ethyl- 3-methylimidazolium thiocyanate].

또한 비휘발성 유기용매는 고비점을 갖는 유기용매 예를 들어, 3-메톡시 프로피오나이트릴(3-Methoxy propionitrile, MPN), 설포레인(Sulfolane), 감마부틸로락톤(Gamma -butyrolactone), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 환형 카보네이트일 수 있다.The nonvolatile organic solvent may be an organic solvent having a high boiling point, for example, 3-methoxy propionitrile (MPN), sulfolane, gamma-butyrolactone, ethylene Carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and the like.

또한 산화환원 유도체는 전해질 내에서의 가역적인 산화환원 반응을 통해 광전극과 상대전극 사이에서 전자를 전달하는 역할을 하는 것으로, 산화환원쌍을 제공할 수 있는 물질을 말한다. 산화환원 유도체는 예를 들어, 1-메틸-3-프로필 이미다졸륨(1-methyl-3-propyl imidazolium iodide, PMII)와 같은 이온성 액체, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨 또는 브롬화 칼륨 등의 할로겐화 금속염 혹은 이미다졸리늄염, 피리디늄염, 제4급 암모늄염, 피롤리디늄염, 피라졸리듐염, 이소티아졸리 디늄염 또는 이소옥사졸리디늄염 등의 함질소 복소환 화합물 중 적어도 하나일 수 있다. 산화환원 유도체로는 I-와 I3-로 이루어진 산화환원쌍을 제공할 수 있는 것이 보다 바람직하며, 일예로 상기 I-/I3-의 산화환원쌍은 요오드화물의 용융염에 요오드를 용해시키거나 또는 요오드화물 이외의 화합물의 용융염에 요오드 또는 오오드 활물을 용해시킴으로써 제조할 수 있다.Also, the redox derivative refers to a substance capable of providing redox pair, which serves to transfer electrons between the photoelectrode and the counter electrode through a reversible redox reaction in the electrolyte. Redox derivatives include, for example, ionic liquids such as 1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (PMII), lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide A halogenated metal salt such as sodium or potassium bromide or a nitrogen-containing heterocyclic compound such as an imidazolinium salt, a pyridinium salt, a quaternary ammonium salt, a pyrrolidinium salt, a pyrazolinium salt, an isothiazolidinium salt or an isoxazolidinium salt Lt; / RTI > As the redox derivative, it is more preferable to provide an oxidation-reduction pair composed of I- and I 3 -, for example, the redox pair of I- / I 3 - is obtained by dissolving iodine in the molten salt of iodide Or by dissolving iodine or an oder active in a molten salt of a compound other than iodide.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the structure and effect of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, this embodiment is intended to explain the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

[실시예 1 내지 3][Examples 1 to 3]

먼저, 전해질 전구체 용액을 제조하기 위하여 산화-환원 쌍을 갖는 1-메틸-3-프로필 이미다졸륨(1-methyl-3-propyl imidazolium iodide, PMII)(C-TRI제조) 0.8M(2.016g), 아이오딘(I2)(Aldrich제조) 0.06M(0.152g)을 비휘발성 유기용매 3-메톡시 프로피오나이트릴(3-Methoxy propionitrile, MPN)(Aldrichi제조) 10ml에 용해시킨다. 첨가제로 구아니딘티오시아네이트(Guanidine thiocyanate, GSCN)(Aldrich제조) 0.05M(0.059g), 4-터트-부틸피리딘(4-tert-Butylpyridine, TBP)(Aldrich제조) 0.5M(0.676g)을 첨가하여 전해질 전구체 용액을 형성하였다.First, 0.8 M (2.016 g) of 1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (PMII) (produced by C-TRI) having an oxidation-reduction pair was added to prepare an electrolyte precursor solution. And 0.06 M (0.152 g) of iodine (I2) (manufactured by Aldrich) are dissolved in 10 ml of a nonvolatile organic solvent 3-methoxypropionitrile (MPN) (manufactured by Aldrich). 0.05 M (0.059 g) of guanidine thiocyanate (GSCN) (manufactured by Aldrich) and 0.5 M (0.676 g) of 4-tert-butylpyridine (TBP) To form an electrolyte precursor solution.

상기 제조된 전해질 전구체 용액에 리튬염인 리튬-비스(옥살라토)보레이트(Lithium-bis(oxalato)borate, LiBOB)(SOILBRAIN제조), 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐이미드)(Lithium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide, LiTFSi)(SOILBRAIN제조) 액체 전해질 용액 총 중량 대비 1중량% 첨가하여 액체 전해질 용액을 제조하였다. 여기서 리튬염인 LiBOB와 LiTFSi를 중량비로 3:7, 5:5 및 7:3으로 각각 혼합 및 첨가하여 액체 전해질 용액을 제조하였다.Lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) (manufactured by SOILBRAIN), lithium bis (trifluoromethanesulfonylimide) (lithium bis (oxalato) borate) which is a lithium salt was added to the prepared electrolyte precursor solution. (Trifluoromethanesulfonyl) Imide, LiTFSi) (manufactured by SOILBRAIN) was added in an amount of 1 wt% based on the total weight of the liquid electrolyte solution to prepare a liquid electrolyte solution. Here, LiBOB and LiTFSi, which are lithium salts, were mixed and added at a weight ratio of 3: 7, 5: 5, and 7: 3, respectively, to prepare a liquid electrolyte solution.

상기 제조된 액체 전해질 용액에 세라믹입자 알루미늄 옥사이드(Aluminum oxide 13nm, Al2O3)(Aldrichi제조)를 액체 전해질 용액 총 중량 대비 10중량% 첨가한 후 교반하여 준고체 전해질(나노복합체, Nanocomposite)을 제조하였다.10 wt% of ceramic particle aluminum oxide (Al 2 O 3 , Al 2 O 3 ) (manufactured by Aldrich) was added to the prepared liquid electrolyte solution in an amount of 10 wt% based on the total weight of the liquid electrolyte solution and stirred to prepare a semi solid electrolyte (nanocomposite) .

이 때 리튬염 LiBOB와 LiTFSi의 중량비로 3:7로 혼합한 것을 실시예 1로, 5:5로 혼합한 것을 실시예 2로, 7:3으로 혼합한 것을 실시예 3으로 하였다.In this case, the lithium salt LiBOB and LiTFSi were mixed at a weight ratio of 3: 7 in Example 1, 5: 5 in Example 2, and 7: 3, respectively.

[비교예 1][Comparative Example 1]

전해질 전구체 용액을 제조하기 위하여 산화-환원 쌍을 갖는 1-메틸-3-프로필 이미다졸륨(1-methyl-3-propyl imidazolium iodide, PMII)(C-TRI제조) 0.8M(2.016g), 아이오딘(I2)(Aldrich제조) 0.06M(0.152g)을 비휘발성 유기용매 3-메톡시 프로피오나이트릴(3-Methoxy propionitrile, MPN)(Aldrichi제조) 10ml에 용해시킨다. 첨가제로 구아니딘티오시아네이트(Guanidine thiocyanate, GSCN)(Aldrich제조) 0.05M(0.059g), 4-터트-부틸피리딘(4-tert-Butylpyridine, TBP)(Aldrich제조) 0.5M(0.676g)을 첨가하여 전해질 전구체 용액을 형성하였다.To prepare an electrolyte precursor solution, 0.8 M (2.016 g) of 1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (PMII) having an oxidation-reduction pair (manufactured by C-TRI) 0.06M (0.152 g) of Odin I2 (manufactured by Aldrich) is dissolved in 10 ml of a nonvolatile organic solvent 3-Methoxypropionitrile (MPN) (manufactured by Aldrich). 0.05 M (0.059 g) of guanidine thiocyanate (GSCN) (manufactured by Aldrich) and 0.5 M (0.676 g) of 4-tert-butylpyridine (TBP) To form an electrolyte precursor solution.

상기 제조된 전해질 전구체 용액에 리튬염인 리튬-비스(옥살라토)보레이트(Lithium-bis(oxalato)borate, LiBOB)(SOILBRAIN제조), 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐이미드)(Lithium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide, LiTFSi)(SOILBRAIN제조) 액체 전해질 용액 총 중량 대비 1중량% 첨가하여 액체 전해질 용액을 제조하였다. 여기서 리튬염인 LiBOB와 LiTFSi를 중량비로 5:5로 혼합 및 첨가하여 액체 전해질 용액을 제조하였다.Lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) (manufactured by SOILBRAIN), lithium bis (trifluoromethanesulfonylimide) (lithium bis (oxalato) borate) which is a lithium salt was added to the prepared electrolyte precursor solution. (Trifluoromethanesulfonyl) Imide, LiTFSi) (manufactured by SOILBRAIN) was added in an amount of 1 wt% based on the total weight of the liquid electrolyte solution to prepare a liquid electrolyte solution. Here, LiBOB and LiTFSi, which are lithium salts, were mixed and added at a weight ratio of 5: 5 to prepare a liquid electrolyte solution.

[비교예 2][Comparative Example 2]

리튬염을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 준고체 전해질을 제조하였다.A quasi-solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the lithium salt was not included.

[비교예 3][Comparative Example 3]

리륨염 중 LiBOB만을 액체 전해질 용액 총 중량 대비 1중량% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 준고체 전해질을 제조하였다.A quasi-solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that only LiBOB in the lithium salt was added in an amount of 1 wt% based on the total weight of the liquid electrolyte solution.

[비교예 4][Comparative Example 4]

리륨염 중 LiTFSi만을 액체 전해질 용액 총 중량 대비 1중량% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 준고체 전해질을 제조하였다.A quasi-solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that only LiTFSi in the lithium salt was added in an amount of 1 wt% based on the total weight of the liquid electrolyte solution.

[실험예] 염료감응 태양전지의 성능 평가 [Experimental Example] Evaluation of performance of dye-sensitized solar cell

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 사용하여 1 sun(100 mW/cm2) 일루미네이션(illumination) 조건에서 광전류-전압을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지의 전류-전압곡선은 도 1 및 도 2에 도시하였다.The photocurrent-voltage was measured under 1 sun (100 mW / cm 2 ) illumination conditions using the dye-sensitized solar cell comprising the electrolyte prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, Are shown in Tables 1 and 2 below. The current-voltage curves of the dye-sensitized solar cell including the electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

DyesDyes Jsc
(mAcm-2)
Jsc
(mAcm -2 )
Voc
(V)
Voc
(V)
FFFF η
(%)
η
(%)
비교예 4Comparative Example 4 7.217.21 0.7190.719 64.6864.68 3.363.36 실시예 1Example 1 9.259.25 0.6970.697 61.7061.70 3.983.98 실시예 2Example 2 10.4410.44 0.6950.695 57.0757.07 4.154.15 실시예 3Example 3 9.999.99 0.6860.686 58.7558.75 4.034.03 비교예 3Comparative Example 3 7.907.90 0.6950.695 64.2264.22 3.533.53

상기 표 1 및 도 1부터 확인되는 바와 같이, LiBOB:LITFSI 5:5로 혼합한 리튬염을 이용한 준고체 전해질을 사용한 태양전지의 경우, 1 sun(100 mW/cm2) 기준에서 Voc 0.695V, Jsc 10.44 mA/cm2, Fill factor는 57.07, η은 4.15%로 가장 높은 성능을 나타내었다. 또한 리튬염을 적용시 혼합에 따라 효율이 상승됨을 확인할 수 있다. 더욱이 실시예 2와 같이 중량비를 5:5로 할 경우 액체 전해질 대비 98%에 달하는 효율을 나타냄을 확인할 수 있다.As can be seen from Table 1 and FIG. 1, in the case of a solar cell using a quasi-solid electrolyte using a lithium salt mixed with LiBOB: LITFSI 5: 5, Voc was 0.695 V at 1 sun (100 mW / cm 2 ) Jsc of 10.44 mA / cm 2 , fill factor of 57.07 and η of 4.15%. In addition, it can be confirmed that the efficiency increases when the lithium salt is applied. Further, when the weight ratio is 5: 5 as in Example 2, it can be confirmed that the efficiency is 98% of the liquid electrolyte.

Jsc
(mAcm-2)
Jsc
(mAcm -2 )
Voc
(V)
Voc
(V)
FFFF η
(%)
η
(%)
비교예 1Comparative Example 1 10.1110.11 0.6950.695 59.9759.97 4.224.22 비교예 2Comparative Example 2 5.385.38 0.7280.728 65.6765.67 2.582.58 비교예 3Comparative Example 3 7.907.90 0.6950.695 64.2264.22 3.533.53 비교예 4Comparative Example 4 7.217.21 0.7190.719 64.6864.68 3.363.36

한편, 리튬염 LITFSI을 단독 적용한 경우의 SEM 사진인 도 3과 2종 이상 리튬염 LiBOB:LITFSI(5:5)을 혼합 적용한 경우의 SEM 사진인 도 4로부터, 단독 적용한 경우 덴스(dense)하고 마이크로 크기의 큰 응집 형태를 나타낸 반면, 2종 이상의 리튬염을 적용한 경우 다공성의 표면 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.From FIG. 3, which is an SEM image when the lithium salt LITFSI is applied singly, and FIG. 4, which is an SEM photograph obtained by mixing two or more types of lithium salt LiBOB: LITFSI (5: 5) Sized particles, whereas the case of applying two or more kinds of lithium salts shows a porous surface property.

Claims (10)

LiBOB, LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 2종 이상의 리튬염을 포함하되,
상기 2종 이상의 리튬염은 LiBOB와 LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 적어도 하나이고,
상기 리튬염 LiBOB와 상기 LiTFSi, LiPF6, LiBF4 및 LiClO4 중에서 선택되는 적어도 하나의 리튬염의 중량비는 5: 5인 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
Including, but two or more kinds of lithium salts selected from the LiBOB, LiTFSi, LiPF 6, LiBF 4 and LiClO 4,
The two or more kinds of the lithium salt is at least one selected from the group consisting of LiBOB and LiTFSi, LiPF 6, LiBF 4 and LiClO 4,
The lithium salt and the LiBOB LiTFSi, LiPF 6, LiBF 4, and at least one lithium salt selected from LiClO 4 weight ratio is 5: 5, characterized in that the dye-sensitized solar cell quasi-solid electrolyte.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리튬염은 액체 전해질 용액 총 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
The method according to claim 1,
The semi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell, wherein the lithium salt is contained in an amount of 1 to 10 wt% based on the total weight of the liquid electrolyte solution.
제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 나노복합체로 결합된 세라믹 입자, 이온성 액체, 비휘발성 유기용매 및 산화환원 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte composition comprises ceramic particles, an ionic liquid, a non-volatile organic solvent, and a redox derivative bonded to the nanocomposite.
제5항에 있어서,
상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
6. The method of claim 5,
Wherein the ceramic particles are at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 and zeolite. Electrolyte.
제6항에 있어서,
상기 세라믹 입자는 입경이 0.001 ~ 1 ㎛이고, 액체 전해질 용액 총 중량에 대하여 0.5 내지 30 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
The method according to claim 6,
Wherein the ceramic particles have a particle diameter of 0.001 to 1 占 퐉 and are contained in an amount of 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the liquid electrolyte solution.
제5항에 있어서,
상기 비휘발성 유기용매는 3-메톡시 프로피오나이트릴(3-Methoxy propionitrile, MPN), 설포레인(Sulfolane), 감마부틸로락톤(Gamma -butyrolactone), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 환형 카보네이트인 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
6. The method of claim 5,
The non-volatile organic solvent may be 3-methoxy propionitrile (MPN), sulfolane, gamma-butyrolactone, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) Wherein the quaternary solid electrolyte is a cyclic carbonate of formula (I) or a salt thereof.
제5항에 있어서,
상기 산화환원 유도체는 1-메틸-3-프로필 이미다졸륨(1-methyl-3-propyl imidazolium iodide, PMII)와 같은 이온성 액체, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨 또는 브롬화 칼륨 등의 할로겐화 금속염 혹은 이미다졸리늄염, 피리디늄염, 제4급 암모늄염, 피롤리디늄염, 피라졸리듐염, 이소티아졸리 디늄염 또는 이소옥사졸리디늄염 등의 함질소 복소환 화합물 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지용 준고체 전해질.
6. The method of claim 5,
The redox derivative may be an ionic liquid such as 1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (PMII), lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide, sodium bromide or bromide At least one of a nitrogen-containing heterocyclic compound such as a halogenated metal salt such as potassium or an imidazolinium salt, a pyridinium salt, a quaternary ammonium salt, a pyrrolidinium salt, a pyrazolinium salt, an isothiazolidinium salt or an isoxazolidinium salt Wherein the quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell is a quasi-solid electrolyte for a dye-sensitized solar cell.
제1 도전막과,
상기 제1 도전막 상에 위치하며 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극;
상기 광전극에 대향 배치되는 상대전극; 및
상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재되며, 제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 준고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 염료감응 태양전지.
A first conductive film,
A photoelectrode disposed on the first conductive film and including a dye-adsorbed metal oxide layer;
A counter electrode disposed opposite to the photo electrode; And
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 9, which is interposed between the photoelectrode and the counter electrode, and comprises the quasi-solid electrolyte according to any one of claims 1 to 9.
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