KR102465449B1 - Fiber type cells comprising solid-state electrolyte and manufacture method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 포함하며, 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 고체 필름형인 제1 전해질층을 포함하는, 섬유형 전지, 이를 이용하는 섬유형 태양전지, 및 섬유형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 상기 구성에 의하면, 광전효율이 높고 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비하고, 디자인 다양성을 추구할 수 있는 이점이 있다.The present invention is a fiber-type battery, including lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent, including a first electrolyte layer in the form of a solid film having a viscosity of 400 cP or more at 25 ° C. It relates to a fiber-type solar cell used and a method for manufacturing the fiber-type solar cell. According to the above configuration, there are advantages in that photoelectric efficiency is high, there is no risk of leakage, device stability is provided, and design diversity can be pursued.

Description

고체 전해질을 포함하는 섬유형 전지 및 이의 제조방법{Fiber type cells comprising solid-state electrolyte and manufacture method thereof}Fiber type cells comprising solid-state electrolyte and manufacturing method thereof

본 발명은 고체 전해질을 포함하는 섬유형 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fibrous battery containing a solid electrolyte and a method for manufacturing the same.

태양 에너지와 같은 무공해 청정에너지를 석탄, 석유 등의 화학 연료 대신 새로운 에너지원으로 이용하려는 연구는 전세계적으로 활발히 진행되고 있다.Research into using non-polluting clean energy such as solar energy as a new energy source instead of chemical fuels such as coal and oil is being actively conducted worldwide.

최근 각광받고 있는 태양전지로서, 저가, 환경친화적, 용이한 제조 공정, 안정성 등의 장점을 갖는 습식 태양전지가 있다.As a solar cell that has recently been in the spotlight, there is a wet solar cell having advantages such as low cost, environment-friendly, easy manufacturing process, and stability.

습식 태양전지는 반도체 전극과 전해액으로 구성되어 있는데 통상적인 습식 태양전지의 예로써, n형 반도체인 단결정 TiO2 전극과 Pt 전극의 조합형 태양전지가 있다. 상기 습식 태양전지의 단결정 TiO2 표면에 빛을 조사하면 전자가 여기되어 전도대로 옮겨간 다음, 리드선을 통하여 백금 전극에 도달하면 프로톤과 반응하여 수소를 발생시킨다. 통상적인 습식 태양전지의 원리에 따르면, 가전자대의 정공은 TiO2 표면에서 물 분자로부터 전자를 빼앗아 소멸되면서 산소를 발생한다. 이 때 물을 분해하는 대신에 외부 회로의 저항을 매개로 하면 전기 에너지를 발생시킬 수 있게 되는 것이다.A wet solar cell is composed of a semiconductor electrode and an electrolyte. As an example of a typical wet solar cell, there is a combination type solar cell of an n-type semiconductor single crystal TiO 2 electrode and a Pt electrode. Monocrystalline TiO 2 of the wet solar cell When light is irradiated on the surface, electrons are excited and move to the conduction band, and when they reach the platinum electrode through the lead wire, they react with protons to generate hydrogen. According to the principle of a conventional wet solar cell, holes in the valence band take electrons from water molecules on the surface of TiO 2 and annihilate to generate oxygen. At this time, instead of decomposing water, it is possible to generate electrical energy by using the resistance of an external circuit as a medium.

종래의 습식 태양전지가 광 이용효율이 낮은 문제점을 해결하기 위해, 가시광을 흡수하는 임의의 색소(dye)를 반도체 표면에 흡착시킨 후, 상기 색소가 흡수 가능한 파장의 빛을 조사하여 반도체의 캐리어를 증가시키는 형태의 습식 태양전지가 개발되었다. 이러한 형태의 습식 태양전지를 색소-감광형 태양전지(dye-sensitized solar cell), 또는 그라첼 전지(Gratzell cell)라고 한다.In order to solve the problem of low light utilization efficiency of the conventional wet solar cell, after adsorbing a dye that absorbs visible light on the surface of the semiconductor, light of a wavelength capable of being absorbed by the dye is irradiated to form a carrier of the semiconductor. An increasing type of wet solar cell has been developed. This type of wet solar cell is called a dye-sensitized solar cell or a Gratzell cell.

그러나 상기의 색소-감광형 태양전지는 액상 전해질을 사용해야 하기 때문에 스페이서 등으로 간격이 조절된 유리 또는 플라스틱 기판 사이에 공간을 만들고 밀봉해야 하므로 제조상의 불편함뿐만 아니라 고비용을 초래할 수 있다. 또한, 액상 전해질이 누수되는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해, 준고체 전해질을 사용하는 태양전지가 개발되고 있으나, 액상 전해질을 사용하는 경우에 비해 광전효율이 낮고, 디바이스의 안정성에 문제점이 있었다. However, since the dye-sensitized solar cell needs to use a liquid electrolyte, it is necessary to create and seal a space between glass or plastic substrates with spacers adjusted by a spacer or the like, causing inconvenience in manufacturing as well as high cost. In addition, there was a problem in that the liquid electrolyte leaked. In order to solve this problem, a solar cell using a semi-solid electrolyte has been developed, but compared to the case of using a liquid electrolyte, the photoelectric efficiency is lower, and there is a problem in device stability.

상기와 같이, 액체 전해질 및 젤 형태의 준고체 전해질을 사용하는 태양전지의 경우, 누수, 고비용, 및 디바이스의 안정성 등의 문제점이 있었다.As described above, in the case of a solar cell using a liquid electrolyte and a gel-type semi-solid electrolyte, there are problems such as leakage, high cost, and stability of the device.

따라서, 광전효율이 높고 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비한 태양전지에 대한 요구가 있었다.Accordingly, there has been a demand for a solar cell having high photoelectric efficiency, no risk of leakage, and device stability.

한편, 최근 스마트 전자 기기인 웨어러블 일렉트로닉스(wearable electronics) 시대의 도래에 따라, 웨어러블(wearable) 및 전자 섬유(E-Textile) 디바이스(device)에 직접 도입될 수 있는 전원 기술의 중요성이 부각되고 있는 상황이다.On the other hand, with the advent of the wearable electronics era, which is a smart electronic device, the importance of power technology that can be directly introduced into wearable and E-Textile devices is emerging. to be.

그러나, 현재 상용화된 전지의 형태는 판형, 원통형, 각형, 파우치형 등의 형태로 정형화되어 있어 상기 웨어러블 등 스마트 전자 기기에 직접 도입될 수 있는 디자인의 다양성을 추구하기에는 한계가 있다.However, currently commercialized batteries are standardized in the form of plate, cylindrical, prismatic, pouch, etc., and there is a limit to pursuing diversity in designs that can be directly introduced into smart electronic devices such as the wearable.

한국 등록특허 제10-1799889호(2017.11.22.)Korean Patent Registration No. 10-1799889 (2017.11.22.)

본 발명의 목적은 광전효율이 높고 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비한 고체전해질을 포함하는 섬유형 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a fiber-type battery including a solid electrolyte having high photoelectric efficiency, no risk of leakage, and device stability.

본 발명의 다른 목적은 광전효율이 높고 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비하고, 디자인 다양성을 추구할 수 있는 섬유형 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fiber-type solar cell that has high photovoltaic efficiency, no risk of leakage, device stability, and can pursue design diversity.

본 발명의 또 다른 목적은 광전효율이 높고 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비하고, 디자인 다양성을 추구할 수 있는 섬유형 태양전지를 효율적으로 제조할 수 있는 섬유형 태양전지 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fiber-type solar cell capable of efficiently manufacturing a fiber-type solar cell having high photovoltaic efficiency, no risk of leakage, device stability, and design diversity.

일 측면에 따르면, 리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 포함하며, 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 고체 필름형인 제1 전해질층을 포함하는, 섬유형 전지가 제공된다.According to one aspect, a fiber-type battery including a first electrolyte layer in the form of a solid film containing lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent and having a viscosity of 400 cP or more at 25 ° C. is provided.

일 실시예에 따르면, 상기 LiTFSI는 제1 전해질층 전체 중량에 대해 60 중량% 이상으로 포함할 수 있다.According to one embodiment, the LiTFSI may be included in an amount of 60% by weight or more based on the total weight of the first electrolyte layer.

일 실시예에 따르면, 상기 카보네이트계 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 및 부틸렌 카보네이트(BC)에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment, the carbonate-based solvent is dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC) ), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC).

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전해질층은 점도가 25℃에서 500 내지 800 cP일 수 있다.According to one embodiment, the first electrolyte layer may have a viscosity of 500 to 800 cP at 25 °C.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전해질층 상에 형성된 4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, TEMPOL) 유도체를 포함하는 제2 전해질층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl formed on the first electrolyte layer (4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine -1-oxyl, TEMPOL) may further include a second electrolyte layer containing the derivative.

일 실시예에 따르면, TEMPOL 유도체는 TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)일 수 있다.According to one embodiment, the TEMPOL derivative may be TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS).

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전해질층의 전도도는 1×10-3 S/cm 이상일 수 있다.According to one embodiment, the conductivity of the first electrolyte layer may be greater than or equal to 1×10 -3 S/cm.

일 실시예에 따르면, 섬유형 내부 코어; 상기 섬유형 내부 코어의 표면에 형성된 광도전층; 상기 광도전층의 표면에 형성된 광전물질층; 상기 광전물질층의 표면에 형성된 상기 고체 필름형 제1 전해질층; 및 상기 고체 필름형 제1 전해질층의 표면에 형성된 전극층;을 포함하고, 태양전지일 수 있다.According to one embodiment, a fibrous inner core; a photoconductive layer formed on a surface of the fibrous inner core; an optoelectric material layer formed on a surface of the photoconductive layer; The solid film-type first electrolyte layer formed on the surface of the optoelectronic material layer; And an electrode layer formed on the surface of the solid film-type first electrolyte layer; including, it may be a solar cell.

일 실시예에 따르면, 상기 광전물질층 및 고체전해질층 사이에 형성되는 염료층을 더 포함하고, 연료감응형 태양전지일 수 있다.According to an embodiment, the solar cell may further include a dye layer formed between the photoelectric material layer and the solid electrolyte layer, and may be a fuel-sensitized solar cell.

일 실시예에 따르면, 상기 전극층 상에 제2 전해질층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a second electrolyte layer may be further included on the electrode layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전해질층 상에 보호층을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, a protective layer may be further included on the second electrolyte layer.

다른 측면에 따르면, 본원의 섬유형 전지를 포함하는, 물품이 제공된다.According to another aspect, an article comprising the fibrous battery of the present disclosure is provided.

일 실시예에 따르면, 상기 물품은, 의류 또는 휴대용 전지일 수 있다.According to one embodiment, the article may be clothing or a portable battery.

또 다른 측면에 따르면, 1) 섬유형 내부 코어를 준비하는 단계; 2) 상기 섬유형 내부 코어의 표면에 광도전층을 형성하는 단계; 3) 상기 광도전층의 표면에 광전물질층을 형성하는 단계; 4) 상기 광전물질층의 표면에 고체 필름형 제1 전해질층을 형성하는 단계; 및 5) 상기 고체 필름형 제1 전해질층의 표면에 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고, 제1 전해질층은 LiTFSI를 카보네이트계 용매에 용해한 후 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 필름형으로 제조된 것인, 섬유형 태양전지 제조 방법이 제공된다.According to another aspect, 1) preparing a fibrous inner core; 2) forming a photoconductive layer on the surface of the fibrous inner core; 3) forming an optoelectronic material layer on the surface of the photoconductive layer; 4) forming a solid film-type first electrolyte layer on the surface of the optoelectronic material layer; And 5) forming an electrode layer on the surface of the solid film-type first electrolyte layer; wherein, the first electrolyte layer is prepared in a film form having a viscosity of 400 cP or more at 25 ° C. after dissolving LiTFSI in a carbonate-based solvent That is, a method for manufacturing a fiber-type solar cell is provided.

일 실시예에 따르면, 단계 4)에서 상기 제1 전해질층은 LiTFSI가 전체 중량에 대해 60 중량% 이상으로 포함할 수 있다.According to one embodiment, in step 4), the first electrolyte layer may include 60% by weight or more of LiTFSI based on the total weight.

일 실시예에 따르면, 상기 광전물질층 및 고체전해질층 사이에 염료층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method may further include forming a dye layer between the photoelectric material layer and the solid electrolyte layer.

일 실시예에 따르면, 상기 전극층 상에 제2 전해질층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, it may further include forming a second electrolyte layer on the electrode layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전해질층 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of forming a protective layer on the second electrolyte layer may be further included.

일 실시예에 의하면, 본원의 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 전지는 광전효율이 향상되며 누수 우려가 없고 디바이스 안정성이 개선될 수 있다. According to one embodiment, the fiber-type battery including the solid film-type electrolyte of the present application has improved photoelectric efficiency, no leak concerns, and device stability can be improved.

일 실시시예에 의하면, 본원의 섬유형 태양전지는 광전효율이 향상되며 누수 우려가 없고 디바이스 안정성이 개선되는 동시에 다양한 디자인 적용이 가능하여, 웨어러블 등 스마트 전자 기기에 유용하게 활용될 수 있다.According to an embodiment, the fiber-type solar cell of the present application has improved photovoltaic efficiency, no risk of leakage, improved device stability, and various design applications, so it can be usefully used in smart electronic devices such as wearables.

일 실시예에 의하면, 대면적의 롤투롤 공정으로 대량 생산이 가능한 고체 전해질을 이용하여, 광전효율이 높고 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비하고, 디자인 다양성을 추구할 수 있는 섬유형 태양전지를 효율적으로 제조할 수 있다.According to an embodiment, by using a solid electrolyte that can be mass-produced in a large-area roll-to-roll process, a fiber-type solar cell having high photoelectric efficiency, no risk of leakage, device stability, and design diversity can be efficiently produced. can be manufactured with

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 태양전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 태양전지의 SEM 이미지 및 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 태양전지를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 섬유형 고체/준고체 전해질 기반 태양전지 효율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질의 LiTFSI 양에 따른 점성도 변화를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질의 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 전도도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질의 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 흡광도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 태양전지의 전류밀도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 태양전지의 EQE 스펙트럼 및 integrated current를 나타내는 그래프이다.
도 6c는 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 태양전지의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 TEMPOL-SS-FDSSCs 장치의 실험실 및 외부 태양전지의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 세탁성 테스트를 나타내는 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 벤딩 테스트를 나타내는 사진이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 굽힘 테스트 후 광전효율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 반지름 사이즈에 따른 광전효율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10c는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 직렬 연결한 후 전기 변색 장치 구동 모습을 나타내는 그래프이다.
도 10d는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 세탁 테스트 후 광전효율 변화를 나타내는 그래프이다.
1A is a diagram schematically showing a fiber-type solar cell including a solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention.
1b is a SEM image and photograph of a fiber-type solar cell including a solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically showing a method of manufacturing a fiber-type solar cell including a solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the efficiency of a solar cell based on a fibrous solid/semi-solid electrolyte.
4 is a diagram showing a change in viscosity according to the amount of LiTFSI of a solid film electrolyte according to an embodiment of the present invention.
Figure 5a is a graph showing the change in conductivity according to the type of TEMPOL derivative of the solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention.
Figure 5b is a graph showing the absorbance change according to the type of TEMPOL derivative of the solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention.
6A is a graph showing the change in current density of a solar cell according to the type of TEMPOL derivative.
6B is a graph showing the EQE spectrum and integrated current of a solar cell according to the type of TEMPOL derivative.
6C is a graph showing the efficiency of a solar cell according to the type of TEMPOL derivative.
7 is a graph showing the characteristics of the laboratory and external solar cells of the TEMPOL-SS-FDSSCs device.
8 is a photograph showing a washability test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing a bending test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention.
10A is a graph showing a change in photovoltaic efficiency after a bending test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention.
10B is a graph showing a change in photovoltaic efficiency according to a radial size of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10C is a graph showing the operation of an electrochromic device after series connection of fiber-type solar cells according to an embodiment of the present invention.
10D is a graph showing a change in photovoltaic efficiency after a washing test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. And, throughout the specification, "on" means to be located above or below the target part, and does not necessarily mean to be located on the upper side with respect to the direction of gravity.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.In addition, coupling does not mean only the case of direct physical contact between each component in the contact relationship between each component, but another configuration intervenes between each component so that the component is in the other configuration. It should be used as a concept that encompasses even the case of contact with each other.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate overall understanding in describing the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the drawing numbers.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the shown bar.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

섬유형 전지fiber battery

일 측면에 따르면, 리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 포함하며, 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 고체 필름형인 제1 전해질층을 포함하는, 섬유형 전지가 제공된다.According to one aspect, a fiber-type battery including a first electrolyte layer in the form of a solid film containing lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent and having a viscosity of 400 cP or more at 25 ° C. is provided.

본원의 섬유형 전지에 포함하는 제1 전해질층은 고체 필름형인 것을 특징으로 한다. 따라서, 본원의 섬유형 전지의 경우, 액체 또는 겔과 같은 반고체 전해질을 포함하는 경우 발생하는 누수 우려가 없고 디바이스 안정성을 구비할 수 있다.The first electrolyte layer included in the fiber-type battery of the present application is characterized in that it is in the form of a solid film. Therefore, in the case of the fibrous battery of the present application, there is no risk of leakage occurring when a semi-solid electrolyte such as liquid or gel is included, and device stability can be provided.

나아가, 리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 포함하여 고체 필름형으로 제조되지만 광전효율이 우수하다. 도 3에 나타난 바와 같이 본원의 고체 필름형 제1 전해질에 기반한 태양전지는 광전효율이 6.71%로 나타났다. 이는 현재 알려진 고체 전해질 기반의 태양전지의 최고 광전효율 5% 보다 현저하게 개선된 것일 뿐만 아니나, 준고체 기반의 태양전지의 최고 광전효율 6.23% 보다 높은 것이다.Furthermore, it is prepared in the form of a solid film by including lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent, but has excellent photoelectric efficiency. As shown in FIG. 3, the photovoltaic efficiency of the solar cell based on the solid film type first electrolyte of the present application was 6.71%. This is not only significantly improved from the highest photoelectric efficiency of 5% of currently known solid electrolyte-based solar cells, but also higher than the highest photoelectric efficiency of 6.23% of semi-solid-based solar cells.

이에 한정되는 것은 아니나, 본원의 고체 필름형 제1 전해질층의 점도는 25℃에서 브륵필드 점도계를 이용하여 측정된 점도가 400 cP 이상으로 액체전해질의 점도 0 내지 1, 준고체전해질의 점도 3 내지 50 보다 현저하게 높은 것이다.Although not limited thereto, the viscosity of the solid film-type first electrolyte layer of the present application is 400 cP or more measured using a Brockfield viscometer at 25 ° C, and the viscosity of the liquid electrolyte is 0 to 1, the viscosity of the semi-solid electrolyte is 3 to 1 significantly higher than 50.

이에 한정되는 것은 아니나, 본원의 고체 필름형 제1 전해질층의 점도는 25℃에서 브륵필드 점도계를 이용하여 측정된 점도가 500 내지 800 cP가 가공성 및 경제성 면에서 적합할 수 있다.Although not limited thereto, the viscosity of the solid film-type first electrolyte layer of the present application may be suitable in terms of processability and economy when the viscosity of 500 to 800 cP measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C.

이에 한정되는 것은 아니나, 상기 LiTFSI는 제1 전해질층 전체 중량에 대해 60 중량% 이상으로 포함하는 것이, 고체 필름형 제1 전해질층을 형성 시 가공성 및 경제성 면에서 적합할 수 있고, 60 내지 70 중량%가 더 적합할 수 있다(도 4 참조).Although not limited thereto, the LiTFSI containing 60% by weight or more relative to the total weight of the first electrolyte layer may be suitable in terms of processability and economy when forming the solid film-type first electrolyte layer, and 60 to 70% by weight % may be more appropriate (see Figure 4).

이에 한정되는 것은 아니나, 상기 카보네이트계 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 및 부틸렌 카보네이트(BC)에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Although not limited thereto, the carbonate-based solvent is dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC ), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC).

이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 전해질은 LiTFSI를 카보네이트계 용매에 용해한 후 주조, 블레이드 코팅, 또는 딥코팅 등 공지의 필름 형성 공정으로 제조할 수 있다. 또한, 대면적의 롤투롤 공정에 의해 대량 생산이 가능하며, 대면적 고체 전해질을 제조 후 소정의 크기로 절단하여 섬유형 전지 등에 랩핑하여 용이하게 제1 전해질층을 형성할 수 있다.Although not limited thereto, the first electrolyte may be prepared by a known film formation process such as casting, blade coating, or dip coating after dissolving LiTFSI in a carbonate-based solvent. In addition, mass production is possible by a large-area roll-to-roll process, and the first electrolyte layer can be easily formed by preparing a large-area solid electrolyte and then cutting it into a predetermined size and wrapping it in a fiber-type battery or the like.

이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 전해질층 상에 형성된 4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, TEMPOL) 유도체를 포함하는 제2 전해질층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전해질층을 포함하면, 섬유형 전지의 전도도를 개선할 수 있다.Although not limited thereto, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl formed on the first electrolyte layer (4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine -1-oxyl, TEMPOL) may further include a second electrolyte layer containing the derivative. Including the second electrolyte layer, it is possible to improve the conductivity of the fiber-type battery.

이에 한정되는 것은 아니나, TEMPOL 유도체는 하기 식에 나타난 TEMPOL 아세테이트(TA), TEMPOL 벤조설포네이트(TBS), 및 TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)일 수 있고, TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)가 전도도 향상 면에서 가장 적합할 수 있다.Although not limited thereto, the TEMPOL derivative may be TEMPOL acetate (TA), TEMPOL benzosulfonate (TBS), and TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS) represented by the formula below, and TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS) may be most suitable in terms of conductivity enhancement.

Figure 112020121054447-pat00001
Figure 112020121054447-pat00001

이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 전해질층의 전도도는 1×10-4 S/cm 일 수 있고, TEMPOL 유도체를 처리 시 전도도가 1×10-3 S/cm 이상으로 증가할 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, TA를 처리했을 때 전도도가 4×10-4S/cm이었고, TBS 를 처리했을 때 전도도가 8.9×10-4S/cm이었고, TpTS를 처리했을 때 4.3×10-3S/cm로 나타났다. Although not limited thereto, the conductivity of the first electrolyte layer may be 1×10 -4 S/cm, and the conductivity may increase to 1×10 -3 S/cm or more when the TEMPOL derivative is treated. As shown in FIG. 5, the conductivity was 4×10 -4 S/cm when treated with TA, 8.9×10 -4 S/cm when treated with TBS, and 4.3×10 -4 S/cm when treated with TpTS . 3 S/cm.

본원의 섬유형 전지는 섬유와 같은 형태를 갖춘 전지를 의미하며, 단면이 구형 또는 변형된 구형인 타원형일 수 있고 전지의 길이는 제조 방법 또는 사용 용도에 따라 다양할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니지만, 섬유형 전지는 리튬 이차 전지, 슈퍼 커패시터, 연료 감응형 연료 전지, 플렉서블(flexible) 전지, 또는 연료감응형 태양전지일 수 있고, 연료감응형 태양전지가 적합할 수 있다.The fiber-type battery of the present application refers to a battery having a fiber-like shape, and may have a spherical or modified spherical oval shape in cross section, and the length of the battery may vary depending on the manufacturing method or use. Although not limited thereto, the fiber-type battery may be a lithium secondary battery, a supercapacitor, a fuel-sensitized fuel cell, a flexible battery, or a fuel-sensitized solar cell, and a fuel-sensitized solar cell may be suitable.

섬유형 태양전지fiber solar cell

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 태양전지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 태양전지의 SEM 이미지 및 사진이다.1A is a diagram schematically showing a fiber-type solar cell including a solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a fiber-type solar cell including a solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention. These are SEM images and photographs of the cells.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일 실시예에 의한 염료감응형 섬유형 태양전지는 섬유형 내부 코어(10); 상기 섬유형 내부 코어(10)의 표면에 형성된 광도전층(20); 상기 광도전층(20)의 표면에 형성된 광전물질층(30); 상기 광전물질층(30) 상에 형성되는 염료층(40); 상기 염료층(40)의 표면에 형성된 상기 고체 필름형 제1 전해질층(50); 및 상기 고체 필름형 제1 전해질층(50)의 표면에 형성된 전극층(60);을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B , a dye-sensitized fiber-type solar cell according to an embodiment includes a fiber-type inner core 10; a photoconductive layer 20 formed on the surface of the fibrous inner core 10; an optoelectronic material layer 30 formed on the surface of the photoconductive layer 20; a dye layer 40 formed on the optoelectronic material layer 30; The solid film type first electrolyte layer 50 formed on the surface of the dye layer 40; And an electrode layer 60 formed on the surface of the solid film-type first electrolyte layer 50; may include.

상기 섬유형 내부 코어(10)는 워킹전극으로, 이에 한정되는 것은 아니나 Ti 와이어일 수 있다. The fibrous inner core 10 is a working electrode, but is not limited thereto, Ti may be a wire.

상기 광도전층(20)은 TiO2 일 수 있으며, Ti 와이어를 세척한 후 Ti 와이어 양단을 전원공급장치에 물리고 전류를 인가함으로써 미소 TiO2 층 (compact TiO2 layer)으로 형성시킬 수 있다. 광도전층(20)은 태양 광선을 흡수한 감광성 색소에 의하여 흡수된 광자에 의하여 여기된 전자를 전극에 전달하는 역할을 한다.The photoconductive layer 20 is TiO 2 After washing the Ti wire, both ends of the Ti wire are bitten by a power supply and a current is applied to obtain micro TiO 2 It can be formed as a compact TiO 2 layer. The photoconductive layer 20 serves to transfer electrons excited by photons absorbed by the photosensitive dye absorbing sunlight to the electrode.

상기 광전물질층(30)은 이에 한정되는 것은 아니나, 메조포러스 TiO2 층일 수 있다. 상기 메조포러스 TiO2 층은 미소 TiO2 층 (compact TiO2 layer)으로 형성된 와이어를 TiO2 용액에 딥 코팅한 후 열처리하여 형성할 수 있다. The optoelectronic material layer 30 is not limited thereto, but mesoporous TiO 2 can be layered. The mesoporous TiO 2 The layer is Miso TiO 2 A wire formed of a compact TiO 2 layer may be formed by dip-coating a TiO 2 solution and heat-treating the wire.

상기 염료층(40)은 감광성 색소를 포함하여 태양 광선을 효과적으로 흡수하여 광기전력을 발생시킬 수 있는 루테늄-함유 착물, 오스뮴-함유 착물 또는 철 착물 또는 2 또는 3 개의 전이금속을 함유하는 초거대분자 착물인 것이 바람직하다. 본 발명의 감광성 색소에 함유된 리간드는 2 자리 킬레이트, 3 자리 킬레이트 또는 다중 킬레이트 폴리피리딜 화합물일 수 있으며, 상기 폴리피리딜 화합물 중 하나 이상은 시아노 그룹을 함유할 수 있다. 본원의 일 실시예에서는 감광성 색소의 구체적인 예로 루테늄 계열의 N719을 사용하였으나 이에 한정되지 않는다.The dye layer 40 includes a ruthenium-containing complex, an osmium-containing complex, an iron complex, or a super macromolecule containing 2 or 3 transition metals capable of effectively absorbing sunlight and generating photovoltaic power by including a photosensitive dye It is preferable that it is a complex. The ligand contained in the photosensitive dye of the present invention may be a bidentate chelate, tridentate chelate or multi-chelate polypyridyl compound, and at least one of the polypyridyl compounds may contain a cyano group. In one embodiment of the present application, ruthenium-based N719 was used as a specific example of the photosensitive dye, but is not limited thereto.

상기 제1 전해질층(50)은 상술한 고체 필름형으로 상기 염료층(40)을 랩핑하여 형성할 수 있다. 상기 제1 전해질층(50)은 리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 포함하며, 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 것을 특징으로 한다.The first electrolyte layer 50 may be formed by lapping the dye layer 40 in the above-described solid film type. The first electrolyte layer 50 includes lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent, and has a viscosity of 400 cP or more at 25°C.

상기 전극층(60)은 상대전극으로, Pt 와이어로 형성될 수 있다. Pt 와이어로 상기 제1 전해질층(50)을 감아 제1 전해질층(50)이 풀리지 않도록 고정할 수 있다.The electrode layer 60 is a counter electrode and may be formed of a Pt wire. By winding the first electrolyte layer 50 with a Pt wire, the first electrolyte layer 50 may be fixed so as not to be unwound.

일 실시예에 따르면, 상기 전극층(60) 상에 제2 전해질층(70)을 더 포함할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제2 전해질층(70)은 TEMPOL 유도체로 형성되어, 전도도를 개선할 수 있다. 상기 TEMPOL 유도체는 TEMPOL 아세테이트(TA), TEMPOL 벤조설포네이트(TBS), 및 TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)일 수 있고, TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)가 전도도 향상 면에서 가장 적합할 수 있다.According to one embodiment, a second electrolyte layer 70 may be further included on the electrode layer 60 . Although not limited thereto, the second electrolyte layer 70 may be formed of a TEMPOL derivative to improve conductivity. The TEMPOL derivative may be TEMPOL acetate (TA), TEMPOL benzosulfonate (TBS), and TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS), and TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS) may be most suitable in terms of conductivity improvement. have.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전해질층(70) 상에 보호층(80)을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층(80)은 투명 테프론 튜브에 넣고 밀봉하여 형성할 수 있다.According to one embodiment, a protective layer 80 may be further included on the second electrolyte layer 70 . The protective layer 80 may be formed by putting it in a transparent Teflon tube and sealing it.

본원의 섬유형 전지를 포함하는, 물품이 제공된다.An article comprising the fiber-type battery of the present disclosure is provided.

상기 물품은, 의류 또는 휴대용 전지일 수 있다.The article may be clothing or a portable battery.

플렉서블하고 웨어러블한 태양전지를 제작하고자 하는 연구가 활발히 진행되면서 딱딱하고 평평한 기판형태의 태양전지는 플렉서블한 기판으로 대체되었다. 플렉서블한 태양전지를 휴대하는 기술을 뛰어넘어 섬유 자체를 에너지 생산 소자로 만들려는 시도로 말미암아 섬유 한 가닥 가닥을 태양전지로 구현하는 기술이 개발되고 있다. 이렇듯 섬유형 태양전지는 의복 제작에 사용되는 섬유 한 가닥에 태양전지 디바이스를 구현하여 에너지를 생산 저장하는 기술이다. As research to manufacture flexible and wearable solar cells is actively progressing, solar cells in the form of hard and flat substrates have been replaced with flexible substrates. In an attempt to make the fiber itself an energy generating device beyond the technology of carrying a flexible solar cell, a technology for implementing a single strand of fiber into a solar cell is being developed. As such, the fiber-type solar cell is a technology that produces and stores energy by implementing a solar cell device in a single fiber used in clothing manufacturing.

섬유형 태양전지의 제조방법Manufacturing method of fiber type solar cell

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질을 포함하는 섬유형 태양전지를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.2 is a diagram schematically showing a method of manufacturing a fiber-type solar cell including a solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본원의 섬유형 태양전지 제조 방법은 하기 단계로 이루어진다:Referring to Figure 2, the fiber-type solar cell manufacturing method of the present application consists of the following steps:

1) 섬유형 내부 코어(10)를 준비하는 단계(S10);1) preparing a fibrous inner core 10 (S10);

2) 상기 섬유형 내부 코어(10)의 표면에 광도전층(20)을 형성하는 단계(S20); 2) forming a photoconductive layer 20 on the surface of the fibrous inner core 10 (S20);

3) 상기 광도전층(20)의 표면에 광전물질층(30)을 형성하는 단계(S30); 3) forming an optoelectronic material layer 30 on the surface of the photoconductive layer 20 (S30);

4) 상기 광전물질층(30)의 표면에 염료층(40)을 형성하는 단계(S40);4) forming a dye layer 40 on the surface of the optoelectronic material layer 30 (S40);

5) 상기 염료층(40)의 표면에 고체 필름형 제1 전해질층(50)을 형성하는 단계(S50); 5) forming a solid film-type first electrolyte layer 50 on the surface of the dye layer 40 (S50);

6) 상기 고체 필름형 제1 전해질층(50)의 표면에 전극층(60)을 형성하는 단계(60);6) forming an electrode layer 60 on the surface of the solid film first electrolyte layer 50 (60);

7) 상기 전극층(60)에 제2 전해질층(70)을 형성하는 단계; 및7) forming a second electrolyte layer 70 on the electrode layer 60; and

8) 상기 제2 전해질층(70)의 표면에 보호층(80)을 형성하는 단계.8) Forming a protective layer 80 on the surface of the second electrolyte layer 70.

상기 제1 전해질층(50)은 LiTFSI를 카보네이트계 용매에 용해한 후 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 필름형으로 제조된다.The first electrolyte layer 50 is prepared in the form of a film having a viscosity of 400 cP or more at 25° C. after dissolving LiTFSI in a carbonate-based solvent.

단계 1)에서 상기 섬유형 내부 코어(10)는 워킹전극으로, 이에 한정되는 것은 아니나 Ti 와이어로 형성될 수 있다. In step 1), the fibrous inner core 10 is a working electrode, but is not limited to Ti. It can be made of wire.

단계 2)에서 상기 광도전층(20)은 TiO2 일 수 있으며, Ti 와이어를 세척한 후 Ti 와이어 양단을 전원공급장치에 물리고 전류를 인가함으로써 미소 TiO2 층 (compact TiO2 layer)으로 형성시킬 수 있다. In step 2), the photoconductive layer 20 is TiO 2 After washing the Ti wire, both ends of the Ti wire are bitten by a power supply and a current is applied to obtain micro TiO 2 It can be formed as a compact TiO 2 layer.

단계 3)에서 상기 광전물질층(30)은 이에 한정되는 것은 아니나, 메조포러스 TiO2 층일 수 있다. 상기 메조포러스 TiO2 층은 미소 TiO2 층 (compact TiO2 layer)으로 형성된 와이어를 TiO2 용액에 딥 코팅한 후 열처리하여 형성할 수 있다. In step 3), the optoelectronic material layer 30 may be, but is not limited to, a mesoporous TiO 2 layer. The mesoporous TiO 2 The layer is Miso TiO 2 A wire formed of a compact TiO 2 layer may be formed by dip-coating a TiO 2 solution and heat-treating the wire.

단계 4)에서 상기 염료층(40)은 감광성 색소를 포함하여 태양 광선을 효과적으로 흡수하여 광기전력을 발생시킬 수 있는 루테늄-함유 착물, 오스뮴-함유 착물 또는 철 착물 또는 2 또는 3 개의 전이금속을 함유하는 초거대분자 착물인 것이 바람직하다. 본 발명의 감광성 색소에 함유된 리간드는 2 자리 킬레이트, 3 자리 킬레이트 또는 다중 킬레이트 폴리피리딜 화합물일 수 있으며, 상기 폴리피리딜 화합물 중 하나 이상은 시아노 그룹을 함유할 수 있다. 본원의 일 실시예에서는 감광성 색소의 구체적인 예로 루테늄 계열의 N719을 사용하였으나 이에 한정되지 않는다.In step 4), the dye layer 40 includes a photosensitive dye and contains a ruthenium-containing complex, an osmium-containing complex, an iron complex, or two or three transition metals that can effectively absorb sunlight and generate photovoltaic power. It is preferable that it is a supramolecular complex that The ligand contained in the photosensitive dye of the present invention may be a bidentate chelate, tridentate chelate or multi-chelate polypyridyl compound, and at least one of the polypyridyl compounds may contain a cyano group. In one embodiment of the present application, ruthenium-based N719 was used as a specific example of the photosensitive dye, but is not limited thereto.

단계 5)에서 상기 제1 전해질층(50)은 상술한 고체 필름형으로 상기 염료층(40)을 랩핑하여 형성할 수 있다. 상기 제1 전해질층(50)은 리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 혼합하여 주조, 블레이드코팅, 또는 딥코팅으로 제조되며, 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 것을 특징으로 한다. 제1 전해질층(50)은 LiTFSI가 전체 중량에 대해 60 중량% 이상으로 포함할 수 있다.In step 5), the first electrolyte layer 50 may be formed by lapping the dye layer 40 in the above-described solid film shape. The first electrolyte layer 50 is prepared by casting, blade coating, or dip coating by mixing lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent, and has a viscosity of 400 cP at 25 ° C. It is characterized by more than The first electrolyte layer 50 may include 60% by weight or more of LiTFSI based on the total weight.

단계 6)에서 상기 전극층(60)은 상대전극으로, Pt 와이어로 형성될 수 있다. Pt 와이어로 상기 제1 전해질층(50)을 감아 제1 전해질층(50)이 풀리지 않도록 고정할 수 있다.In step 6), the electrode layer 60 may be formed of a Pt wire as a counter electrode. By winding the first electrolyte layer 50 with a Pt wire, the first electrolyte layer 50 may be fixed so as not to be unwound.

단계 7)에서 제2 전해질층(70)은 TEMPOL 유도체로 형성되어, 전도도를 개선할 수 있다. 상기 제2 전해질층(70)은 TEMPOL 유도체에 딥핑하여 형성할 수 있다. 상기 TEMPOL 유도체는 TEMPOL 아세테이트(TA), TEMPOL 벤조설포네이트(TBS), 및 TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)일 수 있고, TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)가 전도도 향상 면에서 가장 적합할 수 있다.In step 7), the second electrolyte layer 70 is formed of a TEMPOL derivative to improve conductivity. The second electrolyte layer 70 may be formed by dipping into a TEMPOL derivative. The TEMPOL derivative may be TEMPOL acetate (TA), TEMPOL benzosulfonate (TBS), and TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS), and TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS) may be most suitable in terms of conductivity improvement. have.

단계 8)에서 보호층(80)은 투명 테프론 튜브에 넣고 밀봉하여 형성할 수 있다.In step 8), the protective layer 80 may be formed by putting it in a transparent Teflon tube and sealing it.

[[ 실시예Example ]]

이하, 본 발명은 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

고체 필름형 제1 전해질의 제조Preparation of solid film first electrolyte

LiTFSI 솔트를 프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate) 용액에 3 중량퍼센트 (weight percent, wt%) 첨가하여 녹였다. LiTFSI 필름 제작을 위한 주조 (casting) 공정 진행 시, 상기 준비된 용액은 넓고 평평한 용기에 거품이 발생하지 않도록 유의하면서 천천히 부어준 후 건조시켰다. 넓고 평평하게 펼쳐진 용액에 자외선 램프를 조사하여 경화 과정을 거쳐 LiTFSI 필름을 제조하였다. LiTFSI salt was dissolved by adding 3 weight percent (wt%) to a propylene carbonate solution. During the casting process for producing a LiTFSI film, the prepared solution was slowly poured into a wide and flat container while being careful not to generate bubbles, and then dried. A LiTFSI film was prepared through a curing process by irradiating a wide and flat solution with an ultraviolet lamp.

제2 전해질의 제조Preparation of the second electrolyte

TEMPOL 유도체층을 코팅하기 위해 TpTS 파우더 제작하였다. 먼저, p-toluenesulfonyl chloride 용액을 TEMPOL 용액에 드롭와이즈 (dropwise) 방식으로 용해시킨 후 피리딘이 첨가된 0 ℃의 디클로로메탄(dichloromethane)에 건조시켰다. 혼합물을 린스한 후 20 ℃에서 10 시간 동안 섞어주었다. 3번에 반복 공정 후, 10 %의 염산을 혼합물에 첨가시키고 디클로로메탄과 함께 추출하였다. 황산마그네슘과 함께 건조시킨 후 기화시켰다. 제조된 원물질을 칼럼 크로마토그래피 (column chromatography)를 통해 정제시키고 진공에서 건조 공정을 통해 결정화된 TpTS를 얻었다.TpTS powder was prepared to coat the TEMPOL derivative layer. First, a p-toluenesulfonyl chloride solution was dissolved in a TEMPOL solution in a dropwise manner, and then dried in dichloromethane at 0° C. to which pyridine was added. After rinsing the mixture, it was mixed for 10 hours at 20 °C. After repeating the process three times, 10% hydrochloric acid was added to the mixture and extracted with dichloromethane. After drying with magnesium sulfate, it was evaporated. The prepared raw material was purified through column chromatography, and crystallized TpTS was obtained through a vacuum drying process.

섬유형 태양전지의 제조방법Manufacturing method of fiber type solar cell

단위셀 형태의 섬유형 태양전지를 제작하기 위해 워킹전극으로 사용하는 Ti 와이어를 80 mm 길이로 잘랐다. Ti 와이어를 아세톤, 아이소프로필 알코올 (IPA)에 순차적으로 담가 초음파 세척기에서 10분씩 세척을 진행하였다. Ti 와이어 양단을 전원공급장치에 물리고 1.6 A의 전류를 인가함으로써 미소 TiO2 층 (compact TiO2 layer)을 형성시킨다. 미소 TiO2 층은 인가된 전류에 의해 공기 중의 산소가 Ti 와이어와 반응하여 Ti가 산화되면서 형성되었다. Ti wire used as a working electrode was cut to a length of 80 mm to fabricate a fiber-type solar cell in the form of a unit cell. The Ti wire was sequentially immersed in acetone and isopropyl alcohol (IPA) and washed in an ultrasonic cleaner for 10 minutes each. Micro TiO 2 A compact TiO 2 layer is formed. Miso TiO 2 The layer was formed when Ti was oxidized as oxygen in the air reacted with the Ti wire by an applied current.

메조포러스 TiO2 층을 코팅하기 위해, TiO2 페이스트와 에탄올을 1:1 wt% 비율로 희석시킨 TiO2 용액을 제작하였다. 미소 TiO2가 형성된 와이어를 제작된 TiO2 용액에 딥 코딩한 후 120℃에서 3분 열처리를 하였다. 상기 딥 코팅과 열처리 공정을 총 5회 반복하였다. TiO2 층이 5회 코팅된 와이어는 노(furnace)에서 8시간 동안 열처리되어 메조포러스 TiO2 층을 형성하였다. To coat the mesoporous TiO 2 layer, a TiO 2 solution diluted with TiO 2 paste and ethanol at a ratio of 1:1 wt% was prepared. After dip-coating the wire on which fine TiO 2 was formed in the prepared TiO 2 solution, heat treatment was performed at 120° C. for 3 minutes. The dip coating and heat treatment processes were repeated a total of 5 times. The wire coated with the TiO 2 layer 5 times was heat treated in a furnace for 8 hours to form a mesoporous TiO 2 layer.

이렇게 완성된 광전극 와이어는 N719 염료 용액에 15시간 동안 담가 메조포러스 TiO2 층에 N719 염료층을 흡착시켰다. The photoelectrode wire thus completed was immersed in the N719 dye solution for 15 hours to adsorb the N719 dye layer onto the mesoporous TiO 2 layer.

다음, 고체 필름형 LiTFSI를 염료층이 흡착된 광전극 와이어에 감아 제1 전해질층을 형성시켰다. Next, a first electrolyte layer was formed by winding the solid film type LiTFSI around the photoelectrode wire to which the dye layer was adsorbed.

LiTFSI 고체 필름이 감겨져 있는 곳에 상대전극인 Pt 와이어를 감아 LiTFSI 필름이 풀리지 않도록 형상을 유지시켰다. A Pt wire, which is a counter electrode, was wound around where the LiTFSI solid film was wound to maintain the shape of the LiTFSI film so that it would not unwind.

TEMPOL 유도체층을 흡착시키기 위해, TpTS 파우더를 아세토나이트릴 용액에 5 wt%로 용해시켰다. LiTFSI 고체 필름과 Pt 와이어가 감겨진 염료층이 흡착된 광전극 와이어를 상기 TpTS 용액에 30분 동안 담가 제2 전해질층을 흡착시킨 후 상온에서 건조시켰다. To adsorb the TEMPOL derivative layer, TpTS powder was dissolved in an acetonitrile solution at 5 wt%. The photoelectrode wire on which the LiTFSI solid film and the dye layer around the Pt wire were adsorbed was immersed in the TpTS solution for 30 minutes to adsorb the second electrolyte layer, and then dried at room temperature.

제작된 섬유형 태양전지를 투명 테프론 튜브에 넣고 양단에 광학 본드를 이용하여 밀봉시켰다. The fabricated fiber-type solar cell was placed in a transparent Teflon tube and sealed at both ends using optical bonds.

결과result

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질의 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 전도도 변화를 나타내는 그래프이다. TEMPOL 유도체 중 TpTs 파우더를 첨가한 경우, 전도도가 향상된 것을 확인할 수 있으며, 이와 같은 전해질층을 포함하면, 섬유형 전지의 전도도를 개선할 수 있다.Figure 5a is a graph showing the change in conductivity according to the type of TEMPOL derivative of the solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention. When TpTs powder was added among the TEMPOL derivatives, it was confirmed that the conductivity was improved, and when such an electrolyte layer was included, the conductivity of the fibrous battery could be improved.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 필름형 전해질의 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 흡광도 변화를 나타내는 그래프이다. 기존 고체 필름형 전해질과 비교하여 TEMPOL 유도체를 첨가한 경우, 전해질층의 흡광도가 저감되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이와 같은 전해질층을 포함하면, 외부에서 입사된 광의 대부분을 광촉매인 TiO2와 염료가 흡수할 수 있게 되어 섬유형 전지의 흡광특성을 개선할 수 있다. 상기 기존 고체 필름형 전해질인 레퍼런스는 요오드계 고체 전해질을 Li-TFSI 필름에 흡착시킨 것이다. 본원의 전해질 필름은 대략 460nm에서 가운데 흡수피크를 가지며 350~600nm에서 넓은 흡수영역을 지녔다. TEMPOL 유도체들은 레프런스에 비해서 낮은 흡수도를 가지며 반면에 높은 투과도를 가진다. 따라서 고체 섬유형 태양전지에서 높은 전류밀도를 가지는 것은 향상된 입사각이 dye 안으로 충분한 엑시톤 흡수결과이다. 게다가, 고체전해질의 이온 전도도 측정은 임피던스 측정에 의해 결정되었다. Figure 5b is a graph showing the absorbance change according to the type of TEMPOL derivative of the solid film-type electrolyte according to an embodiment of the present invention. Compared to the conventional solid film-type electrolyte, it can be confirmed that the absorbance of the electrolyte layer is reduced when the TEMPOL derivative is added. Therefore, when such an electrolyte layer is included, most of the light incident from the outside can be absorbed by the photocatalyst TiO 2 and the dye, thereby improving the light absorption characteristics of the fiber-type battery. The reference, which is the conventional solid film electrolyte, is an iodine-based solid electrolyte adsorbed on a Li-TFSI film. The electrolyte film of the present application has a central absorption peak at approximately 460 nm and a wide absorption range at 350 to 600 nm. TEMPOL derivatives have lower absorbance compared to the reference while having higher transmittance. Therefore, having a high current density in a solid fiber solar cell results in sufficient exciton absorption into the dye at an enhanced incident angle. In addition, measurements of the ionic conductivity of the solid electrolyte were determined by impedance measurement.

Figure 112020121054447-pat00002
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주로 주파수 의존적인 AC 전도도는 위 식과 같다.The AC conductivity, which is mainly frequency dependent, is given by the above equation.

임피던스의 실제 파트는 Z(w) 이며, Z’(w)는 임피던스의 상상 파트이고, L 은 셀의 두께, 그리고 A는 유효면적이다.The real part of the impedance is Z(w), Z'(w) is the imaginary part of the impedance, L is the thickness of the cell, and A is the effective area.

도 5a에서, tpTs 전해질의 높은 이온 전도도는 염료에서 백금전극으로 충분한 전하 추출로 인해 Jsc (전류밀도) 값이 증가하는 고성능의 고체 섬유형 태양전지를 보여준다. TEMPOL의 p(파라)-toluenesulfonate 그룹은 아세틸 또는 벤젠설포네이트 그룹보다 이온 전도도에 더욱 효과적이다. TpTS의 아로마틱 링그룹에 메틸그룹의 도입은 전자 도네이팅 효과로 인하여 이온 전도도가 향상되며, 벤젠링을 활성화하는데 도움을 준다.In Fig. 5a, the high ionic conductivity of the tpTs electrolyte shows a high-performance solid-state fibrous solar cell with an increase in Jsc (current density) value due to sufficient charge extraction from the dye to the Pt electrode. The p(para)-toluenesulfonate group of TEMPOL is more effective for ionic conductivity than either the acetyl or benzenesulfonate groups. The introduction of a methyl group into the aromatic ring group of TpTS improves ionic conductivity due to electron donating effect and helps to activate the benzene ring.

기본적인 고체 섬유형 태양전지에서 4가지 중요한 파라미터에 의해 광전특성이 결정된다. 개방전압 (Voc), 단락전류 (Jsc), 충전율 (FF), 광전효율 (PCE)이다. 고체 섬유형 태양전지의 유효 면적은 20mm 마스크를 이용하여 고정된 상태에서 일 전극의 직경과 길이를 곱함으로써 계산되어졌다. AM 1.5 하에서의 전류밀도-전압 곡선은 도 6a에 나타내었다. In a basic solid-state fiber-type solar cell, photoelectric characteristics are determined by four important parameters. They are open circuit voltage (Voc), short circuit current (Jsc), charge factor (FF), and photoelectric efficiency (PCE). The effective area of the solid fiber solar cell was calculated by multiplying the diameter and length of one electrode in a fixed state using a 20 mm mask. The current density-voltage curve under AM 1.5 is shown in FIG. 6a.

즉, 도 6a는 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 태양전지의 전류밀도 변화를 나타내는 그래프이다. TEMPOL 유도체가 첨가된 소자에서 소자의 흡광특성과 전도특성이 증대되어 전류밀도가 개선된 것을 확인할 수 있다. That is, FIG. 6A is a graph showing a change in current density of a solar cell according to the type of TEMPOL derivative. In the device to which the TEMPOL derivative was added, it was confirmed that the current density was improved by increasing the light absorption and conduction characteristics of the device.

도 6b는 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 태양전지의 EQE 스펙트럼 및 integrated current를 나타내는 그래프이다. TEMPOL 유도체가 첨가된 소자에서 소자의 흡광특성과 전도특성이 증대되어 전류밀도가 개선된 것을 확인할 수 있다. 6B is a graph showing the EQE spectrum and integrated current of a solar cell according to the type of TEMPOL derivative. In the device to which the TEMPOL derivative was added, it was confirmed that the current density was improved by increasing the light absorption and conduction characteristics of the device.

도 6c는 TEMPOL 유도체의 종류에 따른 태양전지의 효율을 나타내는 그래프이다. TEMPOL 유도체 중 TpTs를 첨가한 경우, 4% 수준의 효율이 6%로 향상된 것을 볼 수 있다. 6C is a graph showing the efficiency of a solar cell according to the type of TEMPOL derivative. In the case of adding TpTs among the TEMPOL derivatives, it can be seen that the efficiency of the 4% level is improved to 6%.

TEMPOL 유도체들을 이용하여 제작된 고체 섬유형 태양전지는 레프런스 태양전지보다 높은 전류밀도를 가졌다. 측정된 전류밀도는 레프런스 (8.59mA/)㎠, TA (9.88), TBS (11.37mA/㎠), TpTs (12.09 mA/㎠) 였다. 증가된 이온 전도도 및 전해질의 높은 투과도와 관련이 있다. TpTs 를 이용한 고체 섬유형 태양전지가 가장 높은 효율인 6.16%를 나타내었다. 히스테리시스를 최소화하기 위해 150mS 시간을 가지고 스캔하였다. 정방향 스캔에서의 광전효율이 6.16%이고 역방향 스캔에서의 광전효율이 6.02% 였으며 오차범위는 2% 정도였다. 고체전해질인 TpTS 는 메틸그룹이 있는 벤젠고리와 설포네이트기를 가지는 다기능성을 가진다. TpTS 의 설포네이트는 전자받게 그룹이다. TpTS의 아로마틱 링에 메틸 그룹은 벤젠링 활성화와 전자주게 역할을 함으로써 전도도를 증가시킨다. The solid fiber solar cell fabricated using the TEMPOL derivatives had a higher current density than the reference solar cell. The measured current densities were reference (8.59 mA/cm 2 ), TA (9.88), TBS (11.37 mA/cm 2 ), and TpTs (12.09 mA/cm 2 ). It is associated with increased ionic conductivity and high permeability of the electrolyte. The solid fiber solar cell using TpTs showed the highest efficiency of 6.16%. It was scanned with a time of 150 mS to minimize hysteresis. The photoelectric efficiency in the forward scan was 6.16% and the photoelectric efficiency in the reverse scan was 6.02%, and the error range was about 2%. TpTS, a solid electrolyte, has multifunctionality with a benzene ring with a methyl group and a sulfonate group. The sulfonate of TpTS is an electron-accepting group. The methyl group on the aromatic ring of TpTS increases the conductivity by activating the benzene ring and acting as an electron donor.

표 1은 섬유형 태양전지의 광전특성을 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing photoelectric characteristics of fiber-type solar cells.

Figure 112020121054447-pat00003
Figure 112020121054447-pat00003

도 7은 TEMPOL-SS-FDSSCs 장치의 실험실 및 외부 태양전지의 특성을 나타내는 그래프이다. 이는, 섬유형 태양전지가 실제 외부환경 및 실내 환경에서 동작이 가능함을 보인다. 보다 구체적으로 살펴보면, 도 7의 a는 0.2~1Sun 에서의 고체 섬유태양전지 효율을 나타낸다. 실외 환경에서 다양한 조도와 일조량을 조사하였으며 도 7의 b처럼 최대 파워 (Pmax)로 나타낼 수 있다. 따라서 최대파워는 전류밀도X개방전압X충전율로서 나타낼 수 있다. 오전 9시 30분에서 자정까지 50,000W/㎡ 에서 60,000W/㎡ 으로 증가를 하였다. 그 이후 오후 3시 30분이 될경우 10,000W/㎡ 로 급격히 감소하였다. 이러한 현상은 태양전지에서의 최대 파워값과 거의 유사한 경향을 띠었다. 피팅된 직렬 저항의 값은 레프런스가 124.6Ω, TA는 76.2Ω, TBS는 74.4Ω, TpTS는 64.8Ω으로 나타났다. 내부저항인 Rs 는 TpTS 기반의 섬유형 태양전지가 가장 낮았다. 반면에, RCE와 RWE는 레프런스가 289.8Ω, 1318Ω이며, TA는 215.7Ω 및 806Ω이며, TBS는 85.5Ω과 411Ω 이며 TpTS는 68.8Ω 및 299Ω으로 나타났다. TBS 및 TpTS 고체 섬유형 태양전지의 작은 RCE및 RWE는 도 7의 a의 분자 구조에서 보여진 것처럼, 설포네이트 그룹과 활성화되어진 물질에서 높은 전기적 전도성으로부터 빠른 전하-수송 과정의 결과이기도 하다. 게다가, TpTS의 꼬리부분에 연결되어진 메틸 그룹은 TBS 보다 더 좋은 이온 전도도를 보여주었다. 템폴 유도체들로 만든 고체 섬유형 태양전지의 충전율 (FF)에서의 증가는 실온 하에서 dark 커브를 측정하여 설명을 추가하였다. 정류상태에서의 비율은 레프런스, TA, TBS, TpTS 태양전지가 1.06×105, 5.88×105, 1.86×106, 및 9.01×106 과 같은 값을 가졌다. 따라서, 충분하게 향상된 셩트 저항 (Rsh)와 감소한 시리즈 저항 (Rs)은 수송 효율과 전하 추출에서 향상과 누수 전류에서의 감소를 보였다. 7 is a graph showing the characteristics of the laboratory and external solar cells of the TEMPOL-SS-FDSSCs device. This shows that the fiber-type solar cell can be operated in actual external and indoor environments. Looking more specifically, a of FIG. 7 shows the efficiency of the solid fiber solar cell at 0.2 to 1 Sun. Various illuminance and amount of sunlight were investigated in an outdoor environment and can be expressed as maximum power (P max ) as shown in b of FIG. Therefore, the maximum power can be expressed as current density X open voltage X charging rate. It increased from 50,000 W/m2 to 60,000 W/m2 from 9:30 am to midnight. After that, it rapidly decreased to 10,000 W/m2 at 3:30 PM. This phenomenon tended to be almost similar to the maximum power value in the solar cell. The values of the fitted series resistance were 124.6Ω for reference, 76.2Ω for TA, 74.4Ω for TBS, and 64.8Ω for TpTS. The internal resistance, Rs, was the lowest in the TpTS-based fiber type solar cell. On the other hand, the references of R CE and R WE are 289.8Ω and 1318Ω, TA are 215.7Ω and 806Ω, TBS are 85.5Ω and 411Ω, and TpTS are 68.8Ω and 299Ω. The small R CE and R WE of the TBS and TpTS solid fiber solar cells are also the result of the sulfonate group and the fast charge-transport process from the high electrical conductivity in the activated material, as shown in the molecular structure of Fig. 7a. In addition, the methyl group linked to the tail of TpTS showed better ionic conductivity than TBS. The increase in the charge factor (FF) of solid fiber solar cells made with tempol derivatives was further explained by measuring the dark curve at room temperature. The ratios in the steady state were 1.06×10 5 , 5.88×10 5 , 1.86×10 6 , and 9.01×10 6 for the reference, TA, TBS, and TpTS solar cells. Thus, a sufficiently improved shact resistance (R sh ) and reduced series resistance (R s ) showed an improvement in transport efficiency and charge extraction and a decrease in leakage current.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 세탁성 테스트를 나타내는 사진이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 벤딩 테스트를 나타내는 사진이다.8 is a photograph showing a washability test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a photograph showing a bending test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention.

본원의 고체형 섬유형 태양전지는 직경 250㎛이며 높은 유연성 때문에 쉽게 굽힘이 가능하다. 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 굽힘 테스트 후 광전효율 변화를 나타내는 그래프이다. 도 10a에 나타난 바와 같이, 500회 이상의 굽힌 테스트 후에도 광전효율의 변화가 크지 않다. The solid-state fiber-type solar cell of the present application has a diameter of 250 μm and is easily bendable due to high flexibility. 10A is a graph showing a change in photovoltaic efficiency after a bending test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10A, the change in photoelectric efficiency is not large even after 500 or more bending tests.

도 10b는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 반지름 사이즈에 따른 광전효율 변화를 나타내는 그래프이다. 도 10b에 나타난 바와 같이, 5mm에서 1mm 까지 굽힘하였을 때도 광전효율의 변화가 크지 않다. 나아가, 굽힘 동안 수축 및 연장으로 인한 스트레스와 높은 장력하에 할지라도 초기 효율의 92%를 유지를 하였다.10B is a graph showing a change in photovoltaic efficiency according to a radial size of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10B, the change in photoelectric efficiency is not large even when bending from 5 mm to 1 mm. Furthermore, 92% of the initial efficiency was maintained even under high tension and stress due to contraction and extension during bending.

도 10c는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 직렬 연결한 후 전기 변색 장치 구동 모습을 나타내는 그래프이다. 웨어러벌 디바이스의 목적을 실현하기 위해서, 제작된 고체 섬유형 태양전지들을 직렬연결하여 도 10c처럼 옷안으로 바느질을 하였다. 대략적으로 직렬 연결하였을 때 2.4V의 개방전압을 가졌으며, 충분히 액정 디바이스를 작동할 수 있었다. 도 7의 a처럼, 저조도하에서 고체형 섬유 태양전지의 안정한 개방전압의 특성들은 성공적으로 부가적 광전원 없이 사무실에서 LCD 디바이스를 구동하였다. FIG. 10C is a graph showing the operation of an electrochromic device after series connection of fiber-type solar cells according to an embodiment of the present invention. In order to realize the purpose of the wearable device, the fabricated solid fiber-type solar cells were connected in series and sewn into clothes as shown in FIG. 10c. Roughly, when connected in series, it had an open-circuit voltage of 2.4V, and could sufficiently operate the liquid crystal device. As shown in a of FIG. 7 , the characteristics of the stable open-circuit voltage of the solid-state fiber solar cell under low illumination successfully drove an LCD device in an office without an additional optical power source.

도 10d는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 태양전지의 세탁 테스트 후 광전효율 변화를 나타내는 그래프이다. 섬유형 태양전지는 세탁 후에도 안정적인 광전효율을 나타낸다. 10D is a graph showing a change in photovoltaic efficiency after a washing test of a fiber-type solar cell according to an embodiment of the present invention. The fiber-type solar cell exhibits stable photovoltaic efficiency even after washing.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention can be variously modified and changed by the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.

10: 섬유형 내부 코어
20: 광도전층
30: 광전물질층
40: 염료층
50: 제1 전해질층
60: 전극층
70: 제2 전해질층
80: 보호층
10: fibrous inner core
20: photoconductive layer
30: photoelectric material layer
40: dye layer
50: first electrolyte layer
60: electrode layer
70: second electrolyte layer
80: protective layer

Claims (18)

리튬비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI) 및 카보네이트계 용매를 포함하며, 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 고체 필름형인 제1 전해질층을 포함하는, 섬유형 전지.A fiber-type battery comprising a first electrolyte layer in the form of a solid film containing lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) and a carbonate-based solvent and having a viscosity of 400 cP or more at 25°C. 제1항에 있어서,
상기 LiTFSI는 제1 전해질층 전체 중량에 대해 60 중량% 이상으로 포함하는, 섬유형 전지.
According to claim 1,
The LiTFSI is a fiber-type battery comprising 60% by weight or more based on the total weight of the first electrolyte layer.
제1항에 있어서,
상기 카보네이트계 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 및 부틸렌 카보네이트(BC)에서 선택되는 1종 이상인, 섬유형 전지.
According to claim 1,
The carbonate-based solvent is dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate (EC ), propylene carbonate (PC), and at least one selected from butylene carbonate (BC), a fiber-type battery.
제1항에 있어서,
상기 제1 전해질층은 점도가 25℃에서 500 내지 800 cP인, 섬유형 전지.
According to claim 1,
The first electrolyte layer has a viscosity of 500 to 800 cP at 25 ° C., a fibrous battery.
제1항에 있어서,
상기 제1 전해질층 상에 형성된 4- 히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 -1-옥실(4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, TEMPOL) 유도체를 포함하는 제2 전해질층을 더 포함하는, 섬유형 전지.
According to claim 1,
4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPOL) formed on the first electrolyte layer ), a fiber-type battery further comprising a second electrolyte layer comprising a derivative.
제5항에 있어서,
TEMPOL 유도체는 TEMPOL p-톨루엔설포네이트(TpTS)인, 섬유형 전지.
According to claim 5,
A fiber-type battery, wherein the TEMPOL derivative is TEMPOL p-toluenesulfonate (TpTS).
제1항에 있어서,
상기 제1 전해질층의 전도도는 1×10-3 S/cm 이상인, 섬유형 전지.
According to claim 1,
The conductivity of the first electrolyte layer is 1 × 10 -3 S / cm or more, a fibrous battery.
제1항에 있어서,
섬유형 내부 코어;
상기 섬유형 내부 코어의 표면에 형성된 광도전층;
상기 광도전층의 표면에 형성된 광전물질층;
상기 광전물질층의 표면에 형성된 상기 고체 필름형 제1 전해질층; 및
상기 고체 필름형 제1 전해질층의 표면에 형성된 전극층;을 포함하고, 태양전지인, 섬유형 전지.
According to claim 1,
a fibrous inner core;
a photoconductive layer formed on a surface of the fibrous inner core;
an optoelectric material layer formed on a surface of the photoconductive layer;
The solid film-type first electrolyte layer formed on the surface of the optoelectronic material layer; and
An electrode layer formed on the surface of the solid film-type first electrolyte layer; including, a solar cell, a fiber-type battery.
제8항에 있어서,
상기 광전물질층 및 고체전해질층 사이에 형성되는 염료층을 더 포함하고, 연료감응형 태양전지인, 섬유형 전지.
According to claim 8,
Further comprising a dye layer formed between the photoelectric material layer and the solid electrolyte layer, the fuel-sensitized solar cell, a fiber-type cell.
제9항에 있어서,
상기 전극층 상에 제2 전해질층을 더 포함하는, 섬유형 전지.
According to claim 9,
A fiber-type battery further comprising a second electrolyte layer on the electrode layer.
제10항에 있어서,
상기 제2 전해질층 상에 보호층을 더 포함하는 연료감응형 태양전지인, 섬유형 전지.
According to claim 10,
A fuel-sensitized solar cell further comprising a protective layer on the second electrolyte layer, a fibrous battery.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 섬유형 전지를 포함하는, 물품.An article comprising the fiber-type battery according to any one of claims 1 to 11. 제12항에 있어서,
상기 물품은, 의류 또는 휴대용 전지인, 물품.
According to claim 12,
The article is an article, clothing or a portable battery.
1) 섬유형 내부 코어를 준비하는 단계;
2) 상기 섬유형 내부 코어의 표면에 광도전층을 형성하는 단계;
3) 상기 광도전층의 표면에 광전물질층을 형성하는 단계;
4) 상기 광전물질층의 표면에 고체 필름형 제1 전해질층을 형성하는 단계; 및
5) 상기 고체 필름형 제1 전해질층의 표면에 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
제1 전해질층은 LiTFSI를 카보네이트계 용매에 용해한 후 점도가 25℃에서 400 cP 이상인 필름형으로 제조된 것인, 섬유형 태양전지 제조 방법.
1) preparing a fibrous inner core;
2) forming a photoconductive layer on the surface of the fibrous inner core;
3) forming an optoelectronic material layer on the surface of the photoconductive layer;
4) forming a solid film-type first electrolyte layer on the surface of the optoelectronic material layer; and
5) forming an electrode layer on the surface of the solid film first electrolyte layer;
The first electrolyte layer is prepared in the form of a film having a viscosity of 400 cP or more at 25 ° C. after dissolving LiTFSI in a carbonate-based solvent, a method for manufacturing a fiber-type solar cell.
제14항에 있어서,
단계 4)에서 상기 제1 전해질층은 LiTFSI가 전체 중량에 대해 60 중량% 이상으로 포함하는, 섬유형 태양전지 제조 방법.
According to claim 14,
In step 4), the first electrolyte layer includes LiTFSI in an amount of 60% by weight or more based on the total weight.
제15항에 있어서,
상기 광전물질층 및 고체전해질층 사이에 염료층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 섬유형 태양전지 제조 방법.
According to claim 15,
Further comprising the step of forming a dye layer between the photoelectric material layer and the solid electrolyte layer, fiber-type solar cell manufacturing method.
제16항에 있어서,
상기 전극층 상에 제2 전해질층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 섬유형 태양전지 제조 방법.
According to claim 16,
Further comprising the step of forming a second electrolyte layer on the electrode layer, fiber-type solar cell manufacturing method.
제17항에 있어서,
상기 제2 전해질층 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 섬유형 태양전지 제조 방법.
According to claim 17,
Further comprising the step of forming a protective layer on the second electrolyte layer, fiber-type solar cell manufacturing method.
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