KR20100041486A - Gel-type polymer electrolyte comprising ceramic nanofiller for dye-sensitized solarcell, dye-sensitized solarcell comprising the electrolyte and preparation method of the dye-sensitized solarcell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 종래의 액체 전해액에서 발생하는 전해액의 휘발 또는 누출의 문제점을 최소화하고, 염료감응 태양전지에 적용시 외부의 환경변화에 대하여 장기적으로 안정하면서, 동시에 종래 액체 전해액과 유사한 전압 및 광전환 효율을 나타내는 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention minimizes the problems of volatilization or leakage of the electrolyte generated in the conventional liquid electrolyte, and when applied to a dye-sensitized solar cell, long-term stability against external environmental changes, and at the same time voltage and light conversion efficiency similar to the conventional liquid electrolyte It relates to a gel polymer electrolyte for dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell comprising the same.
1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 개발된 염료감응 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 나노결정성 산화티타늄입자로 이루어진 산화물 반도체 전극을 이용한 광전기화학적 태양전지로서, 색소증감형 태양전지 또는 습식 태양전지라고도 불린다. 이와 같은 태양전지는 실리콘형 태양전지와 비교하여 제 조공정이 간단하고 제조비용이 저렴하며 실용적으로 사용가능한 광전변환 효율을 갖는 특징이 있어, 이에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. Dye-sensitized solar cells, developed in 1991 by Gratzel et al., Switzerland, are photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to produce electron-hole pairs, and nanocrystals that deliver the resulting electrons. As a photoelectrochemical solar cell using an oxide semiconductor electrode made of oxidized titanium oxide particles, it is also called a dye-sensitized solar cell or a wet solar cell. Such a solar cell has a feature of having a photoelectric conversion efficiency that is simpler in manufacturing process, lower in manufacturing cost, and practically usable as compared with a silicon type solar cell, and many studies have been conducted.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 단면도로서, 도 1을 참조하면 염료감응 태양전지는 음극계 전극(100), 양극계 전극(200), 액체 전해액(300)을 포함하여 이루어진다. 음극계 전극(100)은 투명기판(110)과 상기 투명기판 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(예를들어, 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO) 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO), 120)을 포함하는 전도성 투명기재 상에 다공질의 나노 산화물층(130)에 염료가 흡착된 구조를 갖는다. 양극계 전극(200)은 투명기판(210)과 상기 투명기판 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(220)을 포함하는 전도성 투명기재 상에 액체 전해액 중의 전해질의 환원반응을 촉진시키는 역할을 하는 백금촉매로부터 형성된 백금층(230)으로 이루어지는 구조를 갖는다. 액체 전해액(300)은 일반적으로 전해질을 용해시킨 용액이 사용되고 있으며, 음극계 전극(100)과 양극계 전극(200) 사이에 공간을 형성하도록 넣어준 열가소성 고분자층(400) 내에 게재되어 양 전극과 전기화학적으로 접하고 있다. 1 is a cross-sectional view of a general dye-sensitized solar cell. Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell includes a
염료감응 태양전지에 있어서, 광전환 과정은 조사된 광에너지가 음극계 전극(100)의 염료에 흡수되고, 이때 염료가 활성화되어 정공과 전자를 발생하게 된다. 발생된 전자는 나노 산화물층(130)을 통해 다시 투명전도성 산화물층(120)으로 전달되고, 투명전도성 산화물층(120)에 연결된 회로를 통하여 양극계 전극(200)과 연결된 회로로 이동하게 되며, 양극계 전극(200)을 통하여 다시 액체 전해액(300)으로 전달된다. 한편, 전자와 함께 발생된 정공은 액체 전해액(300)으로 통하게 되어 양극계 전극(200)을 통해 되돌아온 전자와 재결합하는 과정으로 이루어진다. In the dye-sensitized solar cell, the light conversion process is irradiated light energy is absorbed by the dye of the
그러나, 이러한 염료감응 태양전지는 액체 전해액을 포함하고 있어, 전지모듈의 안정성 문제가 대두되고 있으며, 특히 액체 전해액은 밀봉이 어렵고 외부 온도의 상승으로 인한 전해액의 휘발 또는 누출의 문제가 있어, 장기간 사용하는 경우 전기화학적 안정성이 결여되는 등의 문제점이 발생한다. However, these dye-sensitized solar cells contain a liquid electrolyte solution, the stability problem of the battery module has been raised, especially the liquid electrolyte solution is difficult to seal and there is a problem of volatilization or leakage of the electrolyte due to the rise of the external temperature, so long-term use If so, problems such as lack of electrochemical stability occurs.
이러한 문제점을 해결하고자, 최근에는 액체 전해액 대신 무기 고체 전해질, 고분자 고체 전해질 등이 개발되었으나 이러한 고체형 전해질을 사용하는 경우에는 전자 및 이온의 계면전달이 좋지 않아 액체 전해액과 비교하여 광전환 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 비액체계 전해질의 문제점을 해결하고자 겔형 고분자 전해질이 개발되고 있으나, 현재까지 개발된 겔형 고분자 전해질은 종래의 액체 전해액이 갖는 휘발 또는 누출의 가능성에 대해서는 어느 정도 개선이 되었으나, 전해액 내의 산화-환원 유도체에서 발생하는 전자의 이동이 어려워지고 이온전도도가 떨어져 광전기화학적인 특성에 대한 문제점을 완전하게 개선하지는 못하였다. In order to solve these problems, recently, inorganic solid electrolytes and polymer solid electrolytes have been developed instead of liquid electrolytes. However, when such solid electrolytes are used, the transfer efficiency of electrons and ions is poor. There is a problem. In addition, although gel polymer electrolytes have been developed to solve the problems of the non-liquid electrolytes, the gel polymer electrolytes developed to date have been improved to some extent with respect to the possibility of volatilization or leakage of the conventional liquid electrolytes. The migration of electrons from the reducing derivatives is difficult and the ionic conductivity is poor, which does not completely improve the problem of photoelectrochemical properties.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 액체 전해액에서 발생하는 전해액의 휘발 또는 누출의 문제점을 최소화하고, 염료감응 태양전지에 적용시 외부의 환경변화에 대하여 장기적으로 안정하면서, 동시에 종래 액 체 전해액에서와 유사한 전압 및 광전환 효율을 나타내는 세라믹 나노필러를 포함하는 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention minimizes the problems of volatilization or leakage of the electrolyte generated in the conventional liquid electrolyte, while being stable in the long term against external environmental changes when applied to a dye-sensitized solar cell, At the same time, to provide a gel-type polymer electrolyte for a dye-sensitized solar cell comprising a ceramic nano-filler exhibiting a voltage and light conversion efficiency similar to that of a conventional liquid electrolyte, a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising the same. do.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체 중 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 성분을 포함하는 겔형 고분자 전해질은 산화-환원 액체 전해액의 휘발 또는 누출 가능성을 최소화하여, 염료감응 태양전지에 적용시 외부의 환경변화에 대하여 장기적으로 안정하며, 세라믹 나노필러를 첨가함으로써 동시에 종래 액체 전해액에서와 유사한 전압 및 광전환 효율을 나타내는 것을 확인하고, 이를 통하여 본 발명을 완성하게 되었다. In order to achieve the above object, the present inventors have intensively studied, and the gel polymer electrolyte containing any one or two or more polymer components of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof, and a copolymer thereof may be used as a redox liquid electrolyte solution. By minimizing the possibility of volatilization or leakage, it is confirmed that it is stable in the long term against external environmental changes when applied to dye-sensitized solar cells, and at the same time exhibits a voltage and light conversion efficiency similar to that of a conventional liquid electrolyte by adding ceramic nanofillers. Through this, the present invention has been completed.
본 발명은 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질을 제공한다. The present invention provides a gel polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells comprising a ceramic nanofiller and at least one polymer component selected from the group consisting of polymer monomers, oligomers, polymers and copolymers thereof.
상기 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질은 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분, 광중합개시제, 산화-환원 유도체와 유기용매로 이루어진 액체 전해액 및 세라믹 나노필러을 포함하여 이루어질 수 있다. The gel-type polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells comprises a polymer electrolyte, an oligomer thereof, a polymer thereof and a copolymer thereof, at least one polymer component, a photopolymerization initiator, a liquid electrolyte solution comprising a redox derivative and an organic solvent, and a ceramic nanofiller. It can be made, including.
본 발명은 염료감응 태양전지로서, (A) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성되며, 염 료가 흡착되어 있는 나노 산화물층을 포함하는 음극계 전극; (B) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성된 백금층을 포함하는 양극계 전극; 및 (C) 상기 음극계 전극 및 양극계 전극 사이에 게재되며, 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 겔형 고분자 전해질로부터 형성된 겔형 고분자 전해질 코팅층을 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지를 제공한다.The present invention provides a dye-sensitized solar cell, comprising: (A) a transparent substrate; A transparent conductive oxide layer formed on the transparent substrate; And a cathode electrode formed on the transparent conductive oxide layer and including a nano oxide layer to which dye is adsorbed; (B) a transparent substrate; A transparent conductive oxide layer formed on the transparent substrate; And a platinum layer formed on the transparent conductive oxide layer. And (C) a gel polymer electrolyte interposed between the cathode electrode and the anode electrode, comprising at least one polymer component selected from the group consisting of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof, and a copolymer thereof and a ceramic nanofiller. It provides a dye-sensitized solar cell comprising a gel polymer electrolyte coating layer formed from.
또한 본 발명은 염료감응 태양전지의 제조방법으로서, 음극계 전극을 제조하는 제1단계; 양극계 전극을 제조하는 제2단계; 제조된 음극계 전극 또는 양극계 전극의 표면에 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질을 도포하고, 열경화 또는 자외선 경화하여 겔형 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 제3단계; 및 제3단계에서 겔형 고분자 전해질 코팅층이 형성된 음극계 전극 또는 양극계 전극을 부착하는 제4단계를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell, the first step of manufacturing a cathode electrode; A second step of manufacturing an anode electrode; A gel-type polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells comprising a ceramic nanofiller and at least one polymer component selected from the group consisting of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof and a copolymer thereof on a surface of the prepared cathode or anode electrode A third step of coating and thermosetting or ultraviolet curing to form a gel polymer electrolyte coating layer; And a fourth step of attaching a cathode-based electrode or an anode-based electrode in which the gel polymer electrolyte coating layer is formed in the third step.
본 발명에 따른 고분자 단량체 또는 이로부터 중합된 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질은 종래의 액체 전해액에서 발생하는 전해액의 휘발 또는 누출의 문제점을 최소화함으로써, 염료감응 태양전지에 적용시 외부의 온도 상승과 같은 환경변화에 대하여 장기적으 로 안정하면서, 동시에 종래 액체 전해액에서와 유사한 전압 및 광전환 효율을 나타내는 광전기화학적 특성이 우수하다. Gel-type polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells comprising a polymer monomer or a polymer component polymerized therefrom and a ceramic nanofiller according to the present invention, by minimizing the problem of volatilization or leakage of the electrolyte generated in the conventional liquid electrolyte, When applied to a battery, it has long-term stability against environmental changes such as an external temperature rise, and at the same time, it has excellent photoelectrochemical characteristics which exhibit similar voltage and light conversion efficiency as in a conventional liquid electrolyte.
본 발명은 종래의 액체 전해액에서 발생하는 전해액의 휘발 또는 누출의 문제점을 최소화하고, 염료감응 태양전지에 적용시 외부의 환경변화에 대하여 장기적으로 안정하면서, 동시에 종래 액체 전해액에서와 유사한 전압 및 광전환 효율을 나타내는 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention minimizes the problem of volatilization or leakage of the electrolyte generated in the conventional liquid electrolyte, and when applied to the dye-sensitized solar cell long-term stability against external environmental changes, while at the same time similar voltage and light conversion in the conventional liquid electrolyte It relates to a gel polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells exhibiting efficiency, a dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell comprising the same.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질은 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분과 첨가제로서 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진다. The gel polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells of the present invention comprises a ceramic nanofiller as one or more polymer components and additives selected from the group consisting of polymer monomers, oligomers thereof, polymers and copolymers thereof.
보다 상세하게, 본 발명의 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질은 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 산화-환원 유도체와 유기용매로 이루어진 액체 전해액 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진다. More specifically, the gel polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells of the present invention is a liquid electrolyte consisting of at least one polymer component selected from the group consisting of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof and a copolymer thereof, and an oxidation-reducing derivative and an organic solvent. It comprises a ceramic nanofiller.
고분자 성분으로는 고분자인 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 또는 이의 공중합체로부터 선택할 수 있으며, 고분자 단량체로는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리메틸메타아크릴레이트 및 폴리우레탄 등이 있다. 그 중 폴리아크릴로니트릴 올리고머를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 폴리아크릴로니트릴 계 열의 고분자는 폴리에틸렌 옥사이드 계열의 고분자와 비교하여 탄력이 우수한 물성을 가지고 있어서 전극과의 접합특성이 우수한 정점이 있다. The polymer component may be selected from a monomer which is a polymer, an oligomer thereof, a polymer thereof, or a copolymer thereof, and the polymer monomer may include polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polymethyl methacrylate, polyurethane, and the like. Among them, polyacrylonitrile oligomers are most preferably used. Polyacrylonitrile-based polymers have excellent elasticity compared to polyethylene oxide-based polymers, and thus have a peak of excellent bonding properties with electrodes.
또한, 상기 고분자 성분은 본 발명의 겔형 고분자 전해질에 5 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 겔형 고분자 전해질을 코팅층으로 형성하기 어려우며, 40 중량%를 초과하는 경우에는 이온전도도가 낮아져 광전환 효율이 저하된다. In addition, the polymer component is preferably contained in 5 to 40% by weight of the gel polymer electrolyte of the present invention. When the content is less than 5% by weight, it is difficult to form the gel polymer electrolyte as a coating layer. When the content is more than 40% by weight, the ion conductivity is lowered and the light conversion efficiency is lowered.
액체 전해액은 산화-환원 유도체와 유기용매로 이루어진 것으로서, 요오드 또는 브롬 등의 할로겐족 음이온 및 상대 금속 양이온으로 구성되어 있는 통상의 산화-환원계 전해액을 사용할 수 있다. The liquid electrolyte is composed of an oxidation-reduction derivative and an organic solvent, and a normal oxidation-reduction electrolyte consisting of a halogen group anion such as iodine or bromine and a counter metal cation can be used.
상기 산화-환원 유도체로는 오오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨, 브롬화 칼륨, 4급 암모늄염, 이미다졸륨염 또는 피리디늄염 등을 사용할 수 있다. Lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, quaternary ammonium salt, imidazolium salt or pyridinium salt may be used as the redox derivative.
상기 유기용매로는 아세토니트릴, 3-메톡시프로피오니트릴, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란 또는 감마-부티로락톤 등을 사용할 수 있다.As the organic solvent, acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, tetrahydrofuran or gamma-butyrolactone may be used.
상기 액체 전해액은 본 발명의 겔형 고분자 전해질에 55 내지 90 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 55 중량% 미만인 경우에는 이온전도도가 낮아져 광전환 효율이 크게 저하되며, 90 중량%를 초과하는 경우에는 겔형 고분자 전해질을 코팅층으로 형성하기 어렵다.The liquid electrolyte is preferably contained in 55 to 90% by weight in the gel polymer electrolyte of the present invention. When the content is less than 55% by weight, the ion conductivity is lowered, the light conversion efficiency is greatly reduced, and when the content exceeds 90% by weight it is difficult to form a gel polymer electrolyte as a coating layer.
세라믹 나노필러는 겔형 고분자 전해질에 첨가되어 전해질 내에서의 이온전 도도를 증가시킴으로써 광전환효율을 향상시킨다. 고분자 전해질의 경우 고분자 메트릭스가 조밀하게 밀착되어 있어 전하전달 이온의 움직임을 어렵게 하므로 이온전도도가 떨어지나, 세라믹 나노필러를 첨가함으로써 세라믹 나노필러가 고분자 메특릭스의 조밀한 구조를 엉성하게 만들어 이온의 움직임을 용이하게 하여 이온전도도를 향상시킨다. 세라믹 나노필러로는 예를 들어 티타늄산화물, 알루미늄산화물, 지르코늄산화물 및 주석산화물 등이 바람직하게 사용될 수 있다. The ceramic nanofiller is added to the gel polymer electrolyte to improve the light conversion efficiency by increasing the ion conductivity in the electrolyte. In the case of the polymer electrolyte, the polymer matrix is densely adhered, making the charge transfer ions difficult to move, and thus the ion conductivity decreases.However, by adding the ceramic nanofiller, the ceramic nanofiller makes the dense structure of the polymer mexics coarse to move the ion. It is easy to improve ion conductivity. As the ceramic nanofiller, for example, titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tin oxide and the like can be preferably used.
상기 세라믹 나노필러는 본 발명의 겔형 고분자 전해질에 2 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 2 중량% 미만인 경우에는 이온전도도가 낮아져 광전환 효율이 크게 저하되며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 고분자가 메트릭스를 형성하지 못하기 때문에 고른 코팅을 할 수 없는 문제가 있다. The ceramic nanofiller is preferably contained in 2 to 10% by weight in the gel polymer electrolyte of the present invention. If the content is less than 2% by weight, the ion conductivity is lowered, the light conversion efficiency is greatly reduced, if the content exceeds 10% by weight because the polymer does not form a matrix there is a problem that can not be evenly coated.
상기와 같은 성분을 포함하여 이루어진 겔형 고분자 전해질은 종래의 액체 전해액에서 발생하는 전해액의 휘발 또는 누출의 문제점을 최소화하여 장기안정성을 확보할 수 있기 때문에 상용화에 유리하다. The gel polymer electrolyte including the above components is advantageous for commercialization because it can secure long-term stability by minimizing the problem of volatilization or leakage of the electrolyte generated in the conventional liquid electrolyte.
도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면도를 나타내었다. Figure 2 shows a cross-sectional view of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응 태양전지는 (A) 음극계 전극(100), (B) 양극계 전극(200), 및 (C) 상기 음극계 전극 및 양극계 전극 사이에 게재된 겔형 고분자 전해질 코팅층(500)을 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the dye-sensitized solar cell according to the embodiment of the present invention includes (A) an
(A) 음극계 전극(100)은 투명기판(110); 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(120); 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 나노 산화물층을 포함한다.(A) The
상기 투명기판(110)은 폴리에테르술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플라스틱재 또는 유리재일 수 있다. The
상기 투명전도성 산화물층(120)은 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드(FTO) 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)로부터 형성된 층이다. The transparent
상기 나노 산화물층(130)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 조성물로부터 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 층이다. 나노 산화물층(130)은 두께가 5 내지 30 ㎛인 것이 바람직하다.The
상기 염료는 루테늄(Ru) 착물 또는 유기염료가 담지된 용액을 이용하여 흡착시킬 수 있다. 염료로는 루테늄 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 루테늄 착물과, 이외에도 가시광 내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 특성 및 전자 방출을 효율적으로 할 수 있는 염료라면 어떠한 것이든 사용할 수 있음은 물론이다. 구체적으로, 로다민B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 염료; 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 염료; 페노사프라닌, 카브리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료; 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물; 기타 아조계 염료; 프탈로시아닌 화합물; 안트라퀴논계 염료; 또는 다환 퀴논계 염료 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. The dye may be adsorbed using a solution containing a ruthenium complex or an organic dye. As dyes, ruthenium complexes, including ruthenium complexes, which can absorb visible light, and any dyes capable of improving long-wavelength absorption in visible light to improve efficiency and efficient electron emission can be used. to be. Specifically, xanthine-based dyes such as rhodamine B, rosebengal, eosin, erythrosin and the like; Cyanine-based dyes such as quinocyanine and cryptocyanine; Basic dyes such as phenosafranin, cabrioblue, thiocin and methylene blue; Porphyrin-based compounds such as chlorophyll, zinc porphyrin, and magnesium porphyrin; Other azo dyes; Phthalocyanine compounds; Anthraquinone dyes; Or polycyclic quinone dye etc. can be used individually or in mixture of 2 or more types.
(B) 양극계 전극(200)은 투명기판(210); 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층(220); 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성된 백금층(230)을 포함한다. (B) the
상기 투명기판(210), 투명전도성 산화물층(220)은 상기 음극계 전극에서 언급된 바와 동일하며, 상기 백금층(230)은 전해질의 환원반응을 촉진시키는 역할을 하는 백금촉매로부터 형성된 층이다. The
(C) 겔형 고분자 전해질 코팅층(500)은 상기 음극계 전극(100) 및 양극계 전극(200) 사이에 게재되며, 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 겔형 고분자 전해질로부터 형성된 층이다. (C) the gel polymer
상기 겔형 고분자 전해질은 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 산화-환원 유도체와 유기용매로 이루어진 액체 전해액 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진다. The gel polymer electrolyte includes at least one polymer component selected from the group consisting of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof, and a copolymer thereof, a liquid electrolyte solution comprising a redox derivative and an organic solvent, and a ceramic nanofiller.
상기한 바와 같이 음극계 전극(100), 양극계 전극(200), 및 겔형 고분자 전해질 코팅층(500)을 포함하는 염료감응 태양전지는, 음극계 전극(100)의 염료가 흡착된 나노 산화물층(130)과 양극계 전극(200)의 백금층(230)이 서로 대향하도록 배치되어 있으며, 상기 음극계 전극(100)과 양극계 전극(200) 사이에 겔형 고분자 전 해질 코팅층(500)이 게재되어 있는 구조를 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지는 겔형 고분자 전해질 코팅층(500)을 포함함으로써 산화-환원계 액체 전해액의 휘발 또는 누출의 가능성을 최소화시키며, 상기 겔형 고분자 전해질 코팅층(500)이 일종의 전해액의 담지체로써 작용함으로써 종래의 액체 전해액만을 포함하는 태양전지와 비교하여 안정하고 수명이 개선된다. 아울러 세라믹 나노필러를 포함함으로써 이온전도도가 증가하여 광전효율이 향상된다. As described above, the dye-sensitized solar cell including the
본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은 음극계 전극을 제조하는 제1단계; 양극계 전극을 제조하는 제2단계; 제조된 음극계 전극 또는 양극계 전극의 표면에 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지용 겔형 고분자 전해질을 도포하고, 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 제3단계; 및 제3단계에서 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층이 형성된 음극계 전극 또는 양극계 전극을 부착하는 제4단계를 포함하여 이루어진다. Method for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention comprises the first step of manufacturing a negative electrode; A second step of manufacturing an anode electrode; A gel-type polymer electrolyte for dye-sensitized solar cells comprising a ceramic nanofiller and at least one polymer component selected from the group consisting of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof and a copolymer thereof on a surface of the prepared cathode or anode electrode Applying and forming a gel polymer electrolyte coating layer including ceramic nanofiller; And a fourth step of attaching a cathode electrode or an anode electrode on which the gel polymer electrolyte coating layer including the ceramic nanofiller is formed in the third step.
이하, 본 발명의 염료감응 태양전지의 제조방법을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 설명에만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, although the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited only to the following description.
음극계 전극을 제조하는 제1단계는, 투명기판을 준비하는 단계; 준비된 투명 기판의 상부에 투명전도성 산화물층을 형성하는 단계; 형성된 투명전도성 산화물층의 상부에 금속 산화물을 포함하는 조성물을 적용하여 나노 산화물층을 형성하는 단계; 및 형성된 나노 산화물층에 염료가 용해된 용액을 적용하여 염료를 흡착시키 는 단계를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 먼저 투명기판을 준비한 후, 상기 투명기판의 상부에 투명전도성 산화물인 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 접착제를 이용하여 접착시키거나 또는 스퍼터링 방법으로 도막을 코팅하여 투명전도성 산화물층을 형성할 수 있다. 다음으로, 나노 산화물층을 형성하기 위하여 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 코팅 조성물을 제조한 후, 상기 형성된 투명전도성 금속층의 상부에 코팅 조성물을 닥터블레이드 방법으로 도포하고, 400 내지 500 ℃의 온도에서 10 내지 60분 동안 열처리하여 두께가 5 내지 30 ㎛인 나노 산화물층을 형성할 수 있다. 이때, 나노 산화물층을 형성하는 단계를 1회 이상 더 반복하여 원하는 두께의 나노 산화물층을 형성할 수 있다. 그 다음으로, 상기 형성된 나노 산화물층의 금속 산화물에 염료를 흡착시키기 위하여 염료를 용매에 용해시켜 농도가 0.01 내지 5 μM인 염료 용액을 제조한 후, 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 5 내지 72시간 동안 담지시킨 후 건조하여 염료를 흡착시킬 수 있다. The first step of manufacturing a cathode-based electrode includes the steps of preparing a transparent substrate; Forming a transparent conductive oxide layer on the prepared transparent substrate; Forming a nano oxide layer by applying a composition including a metal oxide on top of the formed transparent conductive oxide layer; And adsorbing the dye by applying a solution in which the dye is dissolved in the formed nano oxide layer. Specifically, first, after preparing a transparent substrate, indium tin oxide or indium tin oxide doped with fluorine, which is a transparent conductive oxide, is adhered to the upper portion of the transparent substrate by using an adhesive or by coating a coating film by sputtering to form a transparent conductive oxide. A layer can be formed. Next, in order to form a nano oxide layer, after preparing a coating composition comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO), The coating composition may be applied to the upper portion of the formed transparent conductive metal layer by a doctor blade method, and thermally treated at a temperature of 400 to 500 ° C. for 10 to 60 minutes to form a nano oxide layer having a thickness of 5 to 30 μm. In this case, the step of forming the nano oxide layer may be repeated one or more times to form a nano oxide layer having a desired thickness. Next, in order to adsorb the dye to the metal oxide of the formed nano oxide layer, the dye is dissolved in a solvent to prepare a dye solution having a concentration of 0.01 to 5 μM, and then the substrate on which the nano oxide layer is formed is 5 to 5. The dye may be adsorbed by drying for 72 hours and then drying.
양극계 전극을 제조하는 제2단계는, 투명기판을 준비하는 단계; 준비된 투명 기판의 상부에 투명전도성 산화물층을 형성하는 단계; 및 형성된 투명전도성 산화물층의 상부에 백금층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 먼저 투명기판을 준비한 후, 상기 투명기판의 상부에 투명전도성 산화물인 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 접착제를 이용하여 접착시키거나 또 는 스퍼터링 방법으로 도막을 코팅하여 투명전도성 산화물층을 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 백금이 녹아있는 용액을 떨어뜨린 후, 400 내지 600 ℃에서 10 내지 60분 동안 열처리하여 백금층을 형성할 수 있다. 이때, 백금층은 스퍼터링 방법, 화학기상증착 방법, 증기증착 방법, 열산화 방법, 전기화학적 증착 방법 등을 사용하여 형성할 수도 있다. The second step of manufacturing the bipolar electrode includes the steps of preparing a transparent substrate; Forming a transparent conductive oxide layer on the prepared transparent substrate; And forming a platinum layer on the formed transparent conductive oxide layer. Specifically, first, after preparing a transparent substrate, indium tin oxide or indium tin oxide doped with fluorine, which is a transparent conductive oxide, is adhered to the upper portion of the transparent substrate using an adhesive or coated with a sputtering method to form a transparent conductive layer. An oxide layer can be formed. Next, after the solution in which the platinum is dissolved on the upper portion of the transparent conductive oxide layer is dropped, the platinum layer may be formed by heat treatment at 400 to 600 ° C. for 10 to 60 minutes. In this case, the platinum layer may be formed using a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a vapor deposition method, a thermal oxidation method, an electrochemical deposition method and the like.
세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 제3단계는, 제조된 음극계 전극 또는 양극계 전극의 표면에 고분자 단량체, 이의 올리고머, 이의 중합체 및 이의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지용 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질을 도포하고, 열경화하여 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층을 형성하는 단계이다. 구체적으로, 산화-환원계 유도체와 유기용매로 이루어진 액체 전해액을 제조한 후, 여기에 고분자 성분 및 세라믹 나노필러를 첨가하여 겔형 고분자 전해질을 제조한다. 제조된 겔형 고분자 전해질을 제1단계에서 제조된 음극계 전극의 염료가 흡착된 나노 산화물층 또는 제2단계에서 제조된 양극계 전극의 백금층의 표면에 스크린프린팅 방법으로 도포하고, 10 내지 1시간 동안 열을 가하여 겔형 고분자 전해질 코팅층을 형성할 수 있다. The third step of forming a gel polymer electrolyte coating layer comprising a ceramic nano-filler, at least one selected from the group consisting of a polymer monomer, an oligomer thereof, a polymer thereof and a copolymer thereof on the surface of the prepared cathode or anode electrode A gel polymer electrolyte comprising a ceramic nanofiller for a dye-sensitized solar cell including a polymer component and a ceramic nanofiller is coated and thermally cured to form a gel polymer electrolyte coating layer including the ceramic nanofiller. Specifically, after preparing a liquid electrolyte consisting of a redox derivative and an organic solvent, a polymer component and a ceramic nanofiller are added thereto to prepare a gel polymer electrolyte. The gel polymer electrolyte prepared was applied to the surface of the nano-oxide layer to which the dye of the anode electrode prepared in the first step was adsorbed or the platinum layer of the anode electrode prepared in the second step by screen printing method, and 10 to 1 hour. Heat may be applied to form a gel polymer electrolyte coating layer.
음극계 전극과 양극계 전극을 부착하는 제4단계는, 제3단계에서 겔형 고분자 전해질 코팅층이 형성된 음극계 전극과 제2단계에서 제조된 양극계 전극을 부착하거나, 또는 제1단계에서 제조된 음극계 전극과 제3단계에서 세라믹 나노필러를 포 함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층이 형성된 양극계 전극을 부착하는 단계이다. 구체적으로, 음극계 전극과 양극계 전극의 전도성 표면이 안쪽으로 오도록 하여, 이들이 서로 대향되도록 부착한다. 음극계 전극과 양극계 전극 사이에 SURLYN(Du Pont사 제조)으로 이루어지는 20 내지 100 ㎛ 두께의 열가소성 고분자층을 형성한 후, 이를 120 내지 140 ℃의 온도에서 1 내지 2분 동안 유지하여 두 전극을 밀봉시킬 수 있다. In the fourth step of attaching the cathode electrode and the anode electrode, the cathode electrode in which the gel polymer electrolyte coating layer is formed in the third step and the anode electrode manufactured in the second step are attached or the cathode manufactured in the first step. In the third step, attaching the anode-based electrode on which the gel polymer electrolyte coating layer including the ceramic nanofiller is formed is formed. Specifically, the conductive surfaces of the cathodic electrode and the anodic electrode are brought inward, and are attached so as to face each other. After forming a 20-100 μm-thick thermoplastic polymer layer made of SURLYN (manufactured by Du Pont) between the cathode electrode and the anode electrode, it is maintained at a temperature of 120 to 140 ° C. for 1 to 2 minutes to provide two electrodes. It can be sealed.
상기와 같은 방법으로 제조된 염료감응 태양전지는 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층을 포함하는데, 상기 겔형 고분자 전해질 코팅층은 산화-환원을 수행하는 전해액의 휘발을 최소화하며 액체 전해액을 고정하는 담지체 역할을 할 수 있다. 따라서, 외부의 온도증가와 같은 환경 변화에 대하여 장기간 안정적이고, 액체 전해액에서와 유사한 광전기화학적인 특성을 나타낼 수 있다.The dye-sensitized solar cell manufactured by the above method includes a gel polymer electrolyte coating layer including a ceramic nanofiller, wherein the gel polymer electrolyte coating layer minimizes volatilization of an electrolyte that performs oxidation-reduction and fixes a liquid electrolyte solution. It can act as a delay. Therefore, it is stable for a long time against environmental changes such as external temperature increase, and can exhibit photoelectrochemical characteristics similar to those in a liquid electrolyte.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely for exemplifying the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
실시예Example
(1) 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명전도성 산화물층 상부에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 닥터블레이드법으로 도포하고, 500 ℃에서 30분 동안 열처리하 여, 나노크기의 금속 산화물 간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 약 8 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 이어서, 상기 나노 산화물층의 상부에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 동일한 방법으로 도포하고, 500 ℃의 온도에서 30분 동안 열처리하여 약 15 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트 염료 용액을 제조하였다. 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 24시간 동안 담지한 후 건조시켜 나노크기의 금속 산화물에 염료를 흡착시켜 음극계 전극을 제조하였다. (1) A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. Applying a coating composition comprising titanium dioxide on the transparent conductive oxide layer of the substrate by the doctor blade method, and heat-treated at 500 ℃ for 30 minutes, so that the contact and filling between the nano-sized metal oxide is made to about 8 A nano oxide layer having a thickness of μm was formed. Subsequently, a coating composition including titanium dioxide was applied to the upper portion of the nano oxide layer by the same method, and heat-treated at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes to form a nano oxide layer having a thickness of about 15 μm. A 0.2 mM ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate dye solution was prepared. The substrate having the nano oxide layer formed thereon was supported for 24 hours and then dried to adsorb a dye to the nano-sized metal oxide to prepare a cathode electrode.
(2) 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명전도성 산화물층 상부에 육염화백금산(H2PtCl6)이 녹아있는 2-프로판올 용액을 떨어뜨린 후, 450 ℃에서 30분 동안 열처리하여 백금층을 형성시켜 양극계 전극을 제조하였다. (2) A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. A 2-propanol solution in which chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) was dissolved was dropped on the transparent conductive oxide layer of the substrate, and then thermally treated at 450 ° C. for 30 minutes to form a platinum layer, thereby preparing an anode-based electrode.
(3) 0.1 M의 LiI, 0.05 M의 I2, 0.3 M의 1,2-디메틸-3-프로필-이미다졸륨 아이오다이드(DMPII), 0.5 M의 2-(디메틸아미노)-피리딘, 0.5 M의 5-클로로-1-에틸-2-메틸이미다졸을 에틸렌카보네이트 3 ㎕와 감마-부티로락톤 7 ㎕의 혼합용액에 용해시켜 액체 전해액을 제조하였다. 폴리아크릴로니트릴 30 중량% 및 타이타니아 나노필러 5 중량%를 첨가하여 총 함량이 100 중량%인 겔형 고분자 전해질을 제조하였다. 제조된 겔형 고분자 전해질을 양극계 전극의 백금층 상부에 도포하고, 스크린프린팅 방법으로 코팅한 후, 100℃의 오븐에서 1시간 열경화시킴으로써 겔형 고분자 전해질 코팅층을 형성시켰다.(3) 0.1 M LiI, 0.05 M I 2 , 0.3 M 1,2-dimethyl-3-propyl-imidazolium iodide (DMPII), 0.5 M 2- (dimethylamino) -pyridine, 0.5 M 5-chloro-1-ethyl-2-methylimidazole was dissolved in a mixed solution of 3 µl of ethylene carbonate and 7 µl of gamma-butyrolactone to prepare a liquid electrolyte. A gel polymer electrolyte having a total content of 100% by weight was prepared by adding 30% by weight of polyacrylonitrile and 5% by weight of titania nanofiller. The gel polymer electrolyte was coated on the platinum layer of the positive electrode, coated by screen printing, and thermally cured in an oven at 100 ° C. for 1 hour to form a gel polymer electrolyte coating layer.
(4) 제조된 음극계 전극의 나노 산화물층과 양극계 전극의 겔형 고분자 전해질 코팅층이 서로 대향하도록 한 후, SURLYN(Du Pont사 제조)으로 이루어지는 약 60 ㎛ 두께의 열가소성 고분자층을 형성한 후, 130 ℃의 오븐에 넣어 2분 동안 유지하여 두 전극을 부착하여 밀봉함으로써 염료감응 태양전지를 제조하였다. (4) After the nano-oxide layer of the prepared cathode electrode and the gel polymer electrolyte coating layer of the anode electrode were opposed to each other, a thermoplastic polymer layer having a thickness of about 60 µm made of SURLYN (manufactured by Du Pont) was formed. The dye-sensitized solar cell was manufactured by attaching and sealing two electrodes by keeping in an oven at 130 ° C. for 2 minutes.
비교예 1Comparative Example 1
상기 실시예 1에서 타이타니아 나노필러를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The same method as in Example 1 was performed except that the titania nanofiller was not used in Example 1.
비교예 2Comparative Example 2
상기 실시예 1에서 겔형 전해질층을 형성하지 않고 액체 전해액만을 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The same process as in Example 1 was performed except that only the liquid electrolyte solution was added without forming a gel electrolyte layer in Example 1.
시험예Test Example
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 방법으로 광전압 및 광전류를 측정하여 광전기적 특성을 관찰하고, 이를 통하여 얻어진 전류밀도(Isc), 전압(Voc), 및 충진계수(fillfactor, ff)를 이용하여 광전환 효율(ηe)를 하기 수학식 1로 계산하였다. In order to evaluate the light conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells prepared in Examples and Comparative Examples, the photovoltaic characteristics were observed by measuring the photovoltage and the photocurrent in the following manner, and the current density (I sc ) obtained therefrom, The light conversion efficiency η e was calculated using Equation 1 using the voltage V oc and the fill factor ff.
이때, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양조건(AM 1.5)은 표준 태양전지를 사용하여 보정하였다. At this time, Xenon lamp (Oriel) was used as the light source, and the solar condition (AM 1.5) of the xenon lamp was corrected using a standard solar cell.
상기 수학식 1에서, (Pine)는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다. In Equation 1, (P ine ) represents 100 ㎽ / ㎠ (1 sun).
상기와 같이 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다. The values measured as above are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질로부터 형성된 코팅층을 포함하는 염료감응 태양전지는 종래 사용되었던 타이타니아 나노필러를 포함하지 않는 비교예 1의 염료감응 태양전지와 비교하여 전류밀도가 높아지고, 광전환효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2의 액체 전해액을 포함하는 염료감응 태양전지와 비교하여 대등한 광전전환효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, the dye-sensitized solar cell comprising a coating layer formed from the gel polymer electrolyte containing the ceramic nanofillers of Examples 1 to 3 according to the present invention does not include a titania nanofiller, which has been conventionally used. Compared with the dye-sensitized solar cell of 1, the current density was increased and the light conversion efficiency was confirmed to be improved. In addition, it can be confirmed that the photoelectric conversion efficiency is comparable to that of the dye-sensitized solar cell including the liquid electrolyte solution of Comparative Example 2.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a general dye-sensitized solar cell.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 음극계 전극 110, 210 : 투명기판 100:
120,220 : 투명전도성 산화물층 130 : 나노 산화물층 120,220: transparent conductive oxide layer 130: nano oxide layer
200 : 양극계 전극 230 : 백금층 200: anode electrode 230: platinum layer
300 : 액체 전해액 400 : 열가소성 고분자층300: liquid electrolyte 400: thermoplastic polymer layer
500 : 세라믹 나노필러를 포함하는 겔형 고분자 전해질 코팅층500: gel polymer electrolyte coating layer containing a ceramic nanofiller
Claims (17)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101388598B1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-04-24 | 포항공과대학교 산학협력단 | Network polymer electrolyte grown up to the metal-oxide semiconductors encapsulated with porous polymeric thin films and dye-sensitized solar cells using thereof |
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2008
- 2008-10-14 KR KR1020080100697A patent/KR20100041486A/en not_active Application Discontinuation
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