KR20100074982A - 유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응태양전지 - Google Patents
유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100074982A KR20100074982A KR1020080133553A KR20080133553A KR20100074982A KR 20100074982 A KR20100074982 A KR 20100074982A KR 1020080133553 A KR1020080133553 A KR 1020080133553A KR 20080133553 A KR20080133553 A KR 20080133553A KR 20100074982 A KR20100074982 A KR 20100074982A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- formula
- independently selected
- alkyl group
- alkoxy group
- selected hydrogen
- Prior art date
Links
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 150
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 149
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims abstract description 149
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 150000004982 aromatic amines Chemical group 0.000 claims abstract description 21
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 18
- 150000007942 carboxylates Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 claims abstract description 6
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 140
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 33
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 15
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 8
- OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 2,4-D Chemical compound OC(=O)COC1=CC=C(Cl)C=C1Cl OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 6
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 62
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 23
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 23
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 13
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N benzaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=CC=C1 HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 9
- -1 4- (N, N-di- (p-hexyloxyphenyl) amino) phenyl-2-hydroxyethyl Chemical group 0.000 description 8
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 8
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 8
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- VIJYEGDOKCKUOL-UHFFFAOYSA-N 9-phenylcarbazole Chemical compound C1=CC=CC=C1N1C2=CC=CC=C2C2=CC=CC=C21 VIJYEGDOKCKUOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UAOMVDZJSHZZME-UHFFFAOYSA-N diisopropylamine Chemical compound CC(C)NC(C)C UAOMVDZJSHZZME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 6
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 6
- QSDSLMZFNAIEMS-UHFFFAOYSA-N C(CCCCC)OC=1C=CC=2N(C3=CC=C(C=C3C2C1)OCCCCCC)C1=CC=CC=C1 Chemical compound C(CCCCC)OC=1C=CC=2N(C3=CC=C(C=C3C2C1)OCCCCCC)C1=CC=CC=C1 QSDSLMZFNAIEMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 5
- LTNAYKNIZNSHQA-UHFFFAOYSA-L 2-(4-carboxypyridin-2-yl)pyridine-4-carboxylic acid;ruthenium(2+);dithiocyanate Chemical compound N#CS[Ru]SC#N.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C(O)=O)=C1.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C(O)=O)=C1 LTNAYKNIZNSHQA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 9H-carbazole Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical compound N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- ZCSHNCUQKCANBX-UHFFFAOYSA-N lithium diisopropylamide Chemical compound [Li+].CC(C)[N-]C(C)C ZCSHNCUQKCANBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- JBWRZTKHMKVFMQ-UHFFFAOYSA-N 3,6-dibromo-9-phenylcarbazole Chemical compound C12=CC=C(Br)C=C2C2=CC(Br)=CC=C2N1C1=CC=CC=C1 JBWRZTKHMKVFMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 0 Cc(cc1)ccc1N(C1C=CC(*)=CC1)c1ccc(C=C)cc1 Chemical compound Cc(cc1)ccc1N(C1C=CC(*)=CC1)c1ccc(C=C)cc1 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 3
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 229940093499 ethyl acetate Drugs 0.000 description 3
- 235000019439 ethyl acetate Nutrition 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N para-ethylbenzaldehyde Natural products CCC1=CC=C(C=O)C=C1 QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WBBBPKRTCOZTFM-UHFFFAOYSA-N C(CCCCC)OC=1C(=C(C=O)C(=CC=1)OCCCCCC)N1C2=CC=CC=C2C=2C=CC=CC1=2 Chemical compound C(CCCCC)OC=1C(=C(C=O)C(=CC=1)OCCCCCC)N1C2=CC=CC=C2C=2C=CC=CC1=2 WBBBPKRTCOZTFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUEXVJSBMSLVSW-UHFFFAOYSA-N CC1=CC(=NC=C1)C1=NC=CC(=C1)C.CC1=CC(=NC=C1)C1=NC=CC(=C1)C Chemical compound CC1=CC(=NC=C1)C1=NC=CC(=C1)C.CC1=CC(=NC=C1)C1=NC=CC(=C1)C GUEXVJSBMSLVSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SPDWCHMBRUWTDO-UHFFFAOYSA-N CCCCCCOC1=CC2=C(C=C1)N(C3=C2C=C(C=C3)OCCCCCC)C4=CC=C(C=C4)C(CC5=CC(=NC=C5)C6=NC=CC(=C6)C)O Chemical compound CCCCCCOC1=CC2=C(C=C1)N(C3=C2C=C(C=C3)OCCCCCC)C4=CC=C(C=C4)C(CC5=CC(=NC=C5)C6=NC=CC(=C6)C)O SPDWCHMBRUWTDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N DMSO Substances CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N N-Butyllithium Chemical compound [Li]CCCC MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QARVLSVVCXYDNA-UHFFFAOYSA-N bromobenzene Chemical compound BrC1=CC=CC=C1 QARVLSVVCXYDNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010537 deprotonation reaction Methods 0.000 description 2
- 229940043279 diisopropylamine Drugs 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002330 electrospray ionisation mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 238000004992 fast atom bombardment mass spectroscopy Methods 0.000 description 2
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006317 isomerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- XELZGAJCZANUQH-UHFFFAOYSA-N methyl 1-acetylthieno[3,2-c]pyrazole-5-carboxylate Chemical compound CC(=O)N1N=CC2=C1C=C(C(=O)OC)S2 XELZGAJCZANUQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- HFPZCAJZSCWRBC-UHFFFAOYSA-N p-cymene Chemical compound CC(C)C1=CC=C(C)C=C1 HFPZCAJZSCWRBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- MFRIHAYPQRLWNB-UHFFFAOYSA-N sodium tert-butoxide Chemical compound [Na+].CC(C)(C)[O-] MFRIHAYPQRLWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KZJZFUHYAZHJJA-UHFFFAOYSA-N sodium;hexan-1-olate Chemical compound [Na+].CCCCCC[O-] KZJZFUHYAZHJJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 125000004169 (C1-C6) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- ISHFYECQSXFODS-UHFFFAOYSA-M 1,2-dimethyl-3-propylimidazol-1-ium;iodide Chemical compound [I-].CCCN1C=C[N+](C)=C1C ISHFYECQSXFODS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- HEZHCYJYWNMGHU-UHFFFAOYSA-N 3,6-dihexoxy-9-[4-[2-[2-(4-methylpyridin-2-yl)pyridin-4-yl]ethenyl]phenyl]carbazole Chemical compound C12=CC=C(OCCCCCC)C=C2C2=CC(OCCCCCC)=CC=C2N1C(C=C1)=CC=C1C=CC(C=1)=CC=NC=1C1=CC(C)=CC=N1 HEZHCYJYWNMGHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QIGVFZRPRWNVFK-UHFFFAOYSA-N BrC1=CC=C(C=O)C=C1.BrC1=CC=C(C=O)C=C1 Chemical compound BrC1=CC=C(C=O)C=C1.BrC1=CC=C(C=O)C=C1 QIGVFZRPRWNVFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DBPBRLLYSBSIRS-UHFFFAOYSA-N C(CCCCC)OC1=CC=C(C=C1)N(C1=CC=C(C=C1)OCCCCCC)C1=CC=C(C=C1)C(CC1=CC(=NC=C1)C1=NC=CC(=C1)C)O Chemical compound C(CCCCC)OC1=CC=C(C=C1)N(C1=CC=C(C=C1)OCCCCCC)C1=CC=C(C=C1)C(CC1=CC(=NC=C1)C1=NC=CC(=C1)C)O DBPBRLLYSBSIRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100129500 Caenorhabditis elegans max-2 gene Proteins 0.000 description 1
- UKAUDADOWONMDZ-UHFFFAOYSA-N Cc(cc1)cc2c1N(c1ccc(C=C)[s]1)c(ccc(C)c1)c1O2 Chemical compound Cc(cc1)cc2c1N(c1ccc(C=C)[s]1)c(ccc(C)c1)c1O2 UKAUDADOWONMDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100083446 Danio rerio plekhh1 gene Proteins 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N N-bromosuccinimide Chemical compound BrN1C(=O)CCC1=O PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N [F].[Sn]=O Chemical compound [F].[Sn]=O NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GEBYOCJZLPJAJK-UHFFFAOYSA-N [I+].C[N+]1=C(N(C=C1)CCC)C Chemical compound [I+].C[N+]1=C(N(C=C1)CCC)C GEBYOCJZLPJAJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 125000000609 carbazolyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3NC12)* 0.000 description 1
- 238000001246 colloidal dispersion Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L copper;diiodide Chemical compound I[Cu]I GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000010977 jade Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 125000005504 styryl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
- C09B57/00—Other synthetic dyes of known constitution
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응 태양전지를 제공한다. 상기 유기 금속 염료는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트계 작용기 또는 포스페이트계 작용기이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다.
Description
본 발명은 염료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기금속 염료 및 이를 함유하는 염료 감응 태양전지에 관한 것이다.
염료 감응 태양전지는 넓은 밴드갭을 갖는 금속 산화물 상에 유기금속 염료 또는 유기 염료를 흡착시키고, 상기 염료가 흡착된 금속 산화물 상에 전해질을 배치시킨 구조를 갖는다.
염료가 유기금속 염료인 경우에, 광 조사에 의해 금속의 t 2g 오비탈(HOMO) 전자가 리간드의 π* 준위(LUMO)로 들뜨는 순간적인 공간 전하분리 즉, MLCT(Metal-to-Ligand Charge transfer)가 발생한다. LUMO로 들뜬 전자들은 금속 산화물의 전도대(conduction band)로 전달되고, 그 결과 산화된 염료는 전해질로부터 전자를 공급받아 환원된다.
그러나, 이러한 염료 감응 태양 전지의 전력변환효율은 아직 만족할만한 수 준에 이르지 못하고 있어, 계속적인 연구개발이 필요한 실정이다. 이를 위해, 염료의 성능을 향상시키기 위한 연구 또한 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광흡수율이 높은 유기금속 염료를 제공하며, 또한 이를 함유하여 향상된 전력변환효율을 나타내는 염료 감응 태양전지를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 금속 염료를 제공한다.
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트계 작용기 또는 포스페이트계 작용기이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다.
상기 방향족 아민계 작용기는 하기 화학식들 2 내지 21에 나타난 작용기들 중 어느 하나일 수 있다.
상기 화학식 2에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 3에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 4에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 5에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 6에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 7에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 8에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 9에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 10에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 11에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 12에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 13에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 14에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 15에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 16에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 17에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 18에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 19에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 20에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 21에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 카르복실레이트계 작용기는 -COOH, 또는 -COONa이고, 상기 포스페이트계 작용기는 -PO(OH)2 또는 -PO(ONa)2일 수 있다. 상기 L1 및 상기 L2는 -NCS일 수 있다.
상기 유기 금속 염료는 하기 화학식 42에 나타난 염료인 유기 금속 염료일 수 있다.
상기 화학식 42에서, X1 과 X2는 서로에 관계없이 -COOH, -COONa, 또는 -PO(OH)2이고, X3는 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나이고, X4는 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나 또는 메틸기이다.
상기 화학식 22에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 23에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 24에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 25에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 26에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 27에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 28에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 29에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 30에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 31에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 32에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 33에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 34에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 35에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 36에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 37에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 38에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 39에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 40에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 41에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 감광성 기판을 제공한다. 상기 감광성 기판은 베이스 기판 상에 위치하는 전극을 구비한다. 상기 전극 상에 다공성 반도체층이 위치한다. 상기 다공성 반도체층에 하기 화학식 1로 표시되는 유기 금속 염료가 흡착한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트 또는 포 스페이트이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 염료 감응 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는 기판 상에 위치하는 전극을 구비한다. 상기 전극 상에 다공성 반도체층이 위치한다. 상기 다공성 반도체층에 하기 화학식 1로 표시되는 유기 금속 염료가 흡착한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트 또는 포스페이트이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다.
본 발명에 따른 유기 금속 염료는 바이피리딘(bipyridine) 리간드에 도입된 방향족 아민계 작용기를 구비한다. 상기 유기 금속 염료는 방향족 아민계 작용기 로 인해 π-콘쥬게이션(π-conjugation)이 확장되므로, 높은 흡광계수(extinction coefficient)를 나타낼 수 있다. 가시광선 영역을 비롯한 넓은 범위에서의 광흡수 능력의 향상은 염료감응 태양전지의 성능향상에 기여할 수 있다. 그 결과, 상기 유기 금속 염료를 광센서로 사용하는 경우에, 태양전지에서 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 화학식 1에 나타난 유기 금속 염료를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트계 작용기 또는 포스페이트계 작용기이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다.
상기 방향족 아민계 작용기는 하기 화학식들 2 내지 21에 나타난 작용기들 중 어느 하나일 수 있다. 상기 화학식 1의 유기 금속 염료가 2 이상의 방향족 아민계 작용기들을 갖는 경우에, 하기 화학식 2 내지 21의 작용기들 중 2 이상이 선택될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 8]
상기 화학식 8에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 9]
상기 화학식 9에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 10]
상기 화학식 10에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 11]
상기 화학식 11에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 12]
상기 화학식 12에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 13]
상기 화학식 13에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 14]
상기 화학식 14에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 15]
상기 화학식 15에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 16]
상기 화학식 16에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 17]
상기 화학식 17에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 18]
상기 화학식 18에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 19]
상기 화학식 19에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 20]
상기 화학식 20에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 21]
상기 화학식 21에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식들 2 내지 21에 나타난 작용기들은 각각 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들일 수 있다.
[화학식 22]
상기 화학식 22에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 23]
상기 화학식 23에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 24]
상기 화학식 24에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 25]
상기 화학식 25에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 26]
상기 화학식 26에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 27]
상기 화학식 27에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 28]
상기 화학식 28에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 29]
상기 화학식 29에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 30]
상기 화학식 30에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 31]
상기 화학식 31에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 32]
상기 화학식 32에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 33]
상기 화학식 33에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 34]
상기 화학식 34에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 35]
상기 화학식 35에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 36]
상기 화학식 36에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 37]
상기 화학식 37에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 38]
상기 화학식 38에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 39]
상기 화학식 39에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 40]
상기 화학식 40에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
[화학식 41]
상기 화학식 41에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
상기 화학식 1에 나타낸 유기 금속 염료는 바이피리딘(bipyridine) 리간드에 도입된 방향족 아민계 작용기 구체적으로, 상기 화학식들 2 내지 41중 적어도 하나를 구비한다. 상기 유기 금속 염료는 방향족 아민계 작용기로 인해 π-콘쥬게이션(π-conjugation)이 확장되므로, 높은 흡광계수(extinction coefficient)를 나타낼 수 있다. 가시광선 영역을 비롯한 넓은 범위에서의 광흡수 능력의 향상은 염료감응 태양전지의 성능향상에 기여할 수 있다. 그 결과, 상기 유기 금속 염료를 광센서로 사용하는 경우에, 태양전지에서 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다. 나아가, 전자 공여기(electron donating group)인 상기 방향족 아민계 작용기로 인해, 상기 유기 금속 염료의 HOMO 레벨이 높아질 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 카르복실레이트계 작용기는 -COOH, 또는 -COONa이고, 상기 포스페이트계 작용기는 -PO(OH)2 또는 -PO(ONa)2일 수 있다. 또한, L1 및 L2는 -NCS일 수 있다.
바람직하게는 상기 유기 금속 염료는 하기 화학식 42에 나타난 염료일 수 있다.
[화학식 42]
상기 화학식 42에서, X1 과 X2는 서로에 관계없이 -COOH, -COONa, 또는 -PO(OH)2이고, X3는 상기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나이고, X4는 상기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나 또는 메틸기이다.
방향족 아민계 작용기가 둘 이상 도입되는 경우에 유기 금속 염료가 너무 벌키해져서 염료 감응 태양전지의 금속 산화물 상에 흡착되는 개수가 감소할 수 있다. 이 경우, 광여기된 전자가 분리되지 않고 다시 재결합할 수 있다. 따라서, X3는 상기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나이고, X4는 메틸기인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광감성 기판 및 염료 감응 태양전지를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 염료 감응 태양전지(100)는 제1 기판(110), 및 제1 전극(115), 다공성 반도체막(120)을 구비하는 감광성 기판, 유기 금속 염료층(135), 전해질층(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 구비할 수 있다.
상기 제1 기판(110)은 유리 또는 플라스틱일 수 있다. 상기 제1 전극(115)는 폴리아닐린 등의 전도성 고분자막 또는 인듐산화주석 등의 전도성 산화물막일 수 있다.
상기 다공성 반도체막(120)은 적층된 금속 산화물 입자들을 구비할 수 있다. 상기 금속 산화물 입자는 구형, 튜브형, 와이어형 또는 막대형일 수 있고, 적어도 한 방향의 길이가 1000㎚미만인 나노 물질일 수 있다. 상기 금속 산화물은 티타늄 산화물(ex. TiO2), 주석 산화물(ex. SnO2), 텅스텐 산화물(ex. WO3), 아연 산화물(ex. ZnO), 지르코늄 산화물(ex. ZrO2) 또는 니오븀 산화물(ex. Nb2O5)일 수 있다. 상기 다공성 반도체막(120)은 제1 평균 입자 크기를 갖는 제1 금속 산화물 입자막과 제1 평균 입자 크기에 비해 큰 제2 평균 입자 크기를 갖는 제2 금속 산화물 입자막을 구비할 수 있다. 상기 제2 금속 산화물 입자막은 큰 평균 입자 크기로 인해 광을 용이하게 분산시킬 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 광흡수율이 향상될 수 있다.
상기 금속 산화물 입자들 사이의 공극 내에 유기 금속 염료층(135)이 위치할 수 있다. 상기 유기 금속 염료층(135)은 태양광을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 물질로서, 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 42로 표시된 유기 금속 염료로 이루어질 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트 또는 포스페이트이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다.
[화학식 42]
상기 화학식 42에서, X1 과 X2는 서로에 관계없이 카르복실레이트 또는 포스페이트이고, X3는 상기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나이고, X4는 상기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나 또는 메틸기이다.
상기 화학식 1 또는 상기 화학식 42에서 카르복실레이트 또는 포스페이트는 상기 반도체막(120)에 화학적으로 결합한다. 그 결과, 상기 유기 금속 염료는 상기 반도체막(120)에 안정적으로 흡착할 수 있다.
상기 제2 기판(160)은 유리 또는 플라스틱 기판일 수 있으며, 상기 제2 기판 상에 형성된 상기 제2 전극(150)은 전해질의 환원반응을 촉진할 수 있는 백금 전극일 수 있다.
상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(160)은 적절한 셀갭(cell gap)을 유지한 상태에서 실런트(170)에 의해 봉지될 수 있다. 상기 셀 갭 내로 상기 전해질층(140)이 도입될 수 있다. 상기 전해질층(140)은 전해질과 매질을 구비할 수 있는데, 상기 전해질은 상기 상기 유기 금속 염료층(135)이 위치한 공극 내부에도 채워질 수 있다. 상기 매질로는 아세토니트릴(acetonitrile)과 같은 액체 또는 PVdF(polyvinylidine fluoride)계 고분자가 사용될 수 있고, 상기 전해질로는 I-/I3 -와 같은 산화-환원종이 사용될 수 있다. 상기 I-의 소오스로는 LiI, NaI, 또는 이미다졸리윰 요오드가 사용될 수 있으며, I3 -는 I2를 용매에 녹여 생성할 수 있다.
상기 제1 기판(110) 및/또는 상기 제2 기판(160)을 통해 입사된 태양광은 상기 유기 금속 염료층(135)에 의해 흡수되고, 상기 광에너지를 흡수한 유기 금속 염료층(135)은 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer)에 의해 전자-홀 쌍을 생성할 수 있다. 상기 생성된 전자는 상기 다공성 반도체막(120)를 통해 상기 제1 전극(115)으로 전달된다. 상기 전해질 내의 I-는 I3 -으로 산화되면서, 산화된 염료에 전자를 전달하고, 염료는 다시 환원된다. I3 - 는 상기 대향전극(33)으로부터 전자를 받아 I-로 다시 환원될 수 있다.
이 과정에서, 상기 화학식 1 또는 상기 화학식 42로 표시된 유기 금속 염료는 바이피리딘(bipyridine) 리간드에 도입된 방향족 아민계로 인해 π-콘쥬게이션(π-conjugation)이 확장되므로, 가시광선 영역에서 높은 흡광계수(extinction coefficient)를 나타낼 수 있다. 그 결과, 태양전지에서 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
합성예 1 : 루테늄계 염료(Rut-A) 합성
(a) 4-(N,N-디-p-헥실옥시페닐아미노)벤잘데히드 (C-1) 합성
100㎖ 의 2-구 둥근 플라스크(two-necked round-bottomed flask) 내에서, 3.7g (10mmol)의 N,N-디-p-헥실옥시페닐아민 (N,N-di-p-hexyloxyphenylamine), 1.85g (10mmol)의 4-브로모벤잘데이드 (4-bromobenzaldehyde), 및 50㎖의 톨루엔을 넣고 저어주었다. 그 후, 1.06g (11mmol)의 나트륨-터트-부톡사이트(sodium tert-butoxide)를 추가하여 반응물 용액(reactant solution)을 만들었다. 3㎖의 톨루엔 내에 0.115g (0.2mmol)의 Pd(dba)2와 0.04g(0.2mmol)의 PBut 3를 넣어 촉매 서스펜션을 만들었다. 상기 촉매 서스펜션을 상기 반응물 용액 내에 넣어 보라색 반응 혼합물(purple reaction mixture)을 얻었다. 상기 반응 혼합물을 100℃에서 16시간 동안 저어주었다. 그 후, 상기 반응 혼합물을 30㎖의 펜탄에 붓고, 여과시키고, 진공에서 농축시켜, 크루드한 생성물을 얻었다. 상기 크루드한 생성물을 컬럼 크로마토그래피(silica gel, n-hexane/ethylacetate = 9/1)를 사용하여 정제하여, 노란색 오일인 1.9g의 4-(N,N-디-p-헥실옥시페닐아미노)벤잘데히드(4-(N,N-di-p-hexyloxyphenylamino)benzaldehyde, C-1)을 합성하였다(수율: 40%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 9.75 (s, 1H, CHO), 7.62 (d, 2H, Ph-H), 7.11 (d, 2H, Ph-H), 6.83-6.88 (m, 6H, Ph-H), 3.93 (m, 4H, OCH2), 1.75 (m, 4H, CH2), 1.25-1.46 (m, 12H, C3H6), 0.9 (m, 6H, CH3)
(b) 4-(4-(N,N-디-(p-헥실옥시페닐)아미노)페닐-2-하이드록시에틸)-4'-메틸
-2,2'-바이피리딘(C-2) 합성
모노-탈양성자화를 위해 -60℃에서 30㎖의 THF 내에서 3mmol의 BuLi을 0.5㎖ (3.6mmol)의 디이소프로필아민과 섞어 리튬 디이소프로필아미드(LiNPri 2)를 형성하였다. 상기 LiNPri 2 용액을 상온(room temperature)에서 30분 동안 젓고, -40℃로 냉각하였다. 10㎖의 THF에 녹아있는 0.55g (3mmol)의 4,4'-디메틸-2,2'-바이피리딘 (4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine)을 LiNPri 2용액에 방울방울 떨어뜨려 첨가하여(added dropwise), 검은 반응 혼합물을 얻었다. 이 검은 반응 혼합물을 상온에서 1시간동안 저었다. 이를 -60℃로 냉각시킨 후에, 앞서 합성한 화합물 C-1의 1.42g (3mmol)을 10㎖의 THF에 녹인 용액을 첨가하였다. 이를 3 시간 동안 저은 후, 물에 넣고, 100㎖의 CH2Cl2를 사용하여 추출하였다. 유기상(organic phase)을 소금물을 사용하여 씻고, MgSO4를 사용하여 건조시켰다. 용액은 증류농축장치(rotary evaporator)를 사용하여 제거하였다. 크루드 생성물에 대해 n-헥산(n-hexane)-에틸아세테이트(ethylacetate)-Et3N (50:48:2)을 사용하여 크로마토그래프를 실시하여 0.71g의 4-(4-(N,N-디-(p-헥실옥시페닐)아미노)페닐-2-하이드록시에틸)-4'-메틸-2,2'-바이피리딘(4-(4-(N,N-Di-(p-hexyloxyphenyl)amino)phenyl-2-hydroxyethyl)-4'- methyl -2,2'-bipyridine, C-2) 을 얻었다(수율: 36%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.58 (d, 1H, Py-H), 8.55 (d, 1H, Py-H), 8.26(s, 1H, Py-H), 8.23 (s, 1H, Py-H), 7.2 (d, 1H, Py-H), 7.18 (d, 1H, Py-H), 7.14 (d, 2H, Ph-H), 6.99-7.02 (m, 4H, Ph-H), 6.89 (d, 2H, Ph-H), 6.75-6.8 (m, 4H, Ph-H), 4.93 (m, 1H, Ph-CH), 3.87-3.93 (m, 4H, OCH2), 3.05-3.15 (m, 2H, Py-CH2), 2.44 (s, 3H, Py-CH3), 2.04 (s, 1H, OH), 1.72-1.79 (m, 4H, CH2), 1.41-1.49 (m, 4H, CH2), 1.31-1.36 (m, 8H, CH2CH2), 0.89-0.92 (m, 6H, CH3)
(c) 4-(4-(N,N-디-(p-헥실옥시페닐)아미노)스티릴)-4'-메틸 -2,2'-바이피리딘 (리간드-A) 합성
0.526g (0.8mmol)의 화합물 C-2를 conc. AcOH (10 ㎖, excess)에 녹이고, 18 시간 동안 리플럭스하면서 저어, 반응 혼합물을 얻었다. 상기 반응 혼합물을 sat. aq. NaHCO3 (100㎖)에 붓고, CH2Cl2 (100㎖)를 사용하여 추출한 후, MgSO4 를 사용하여 건조시키고, 농축하여 크루드 생성물을 얻었다. 상기 크루드 생성물에 대해 n-헥산(n-hexane)-에틸아세테이트(ethylacetate)(7:3)을 사용하여 크로마토그래프를 실시하여 0.236g의 리간드-A를 얻었다(수율: 45%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.59 (d, 1H, Py-H), 8.56 (d, 1H, Py-H), 8.46 (s, 1H, Py-H), 8.25 (s, 1H, Py-H), 7.39 (s, 1H, Py-H), 7.34-7.36 (m, 2H, Ph-H), 7.32 (d, 1H, vinyl), 7.15 (d, 1H, vinyl), 7.06-7.08 (m, 4H, Ph-H), 6.98 (s, 1H, Py-H), 6.88-6.90 (m, 2H, Ph-H), 6.82-6.86 (m, 4H, Ph-H), 3.94 (t, 4H, OCH2), 2.45 (s, 3H, Py-CH3), 1.74-1.81 (m, 4H, CH2), 1.43-1.5 (m, 4H, CH2), 1.32-1.37 (m, 8H, C2H4), 0.89-0.93 (m, 6H, CH3). ESI-MS: m/z = 639.3 [M]+
(d) 시스-[Ru(H2dcbpy)(리간드-A)(NCS)2] (Rut-A) 합성
0.08g(0.13mmol)의 [RuCl2(p-cymene)]2을 건조 DMF (30 ㎖)에 녹이고, 0.166 g (0.26mmol)의 리간드-A를 첨가하여, 반응 혼합물을 얻었다. 상기 반응 혼합물을 80℃로 4시간 동안 가열하였다. 그 후, 0.063g (0.26mmol)의 4,4'-디카르복시산-2,2-바이피리딘 (4,4'-dicarboxylic acid-2,2-bipyridine; H2dcbpy)을 첨가하고, 광유발 시스-트랜스 이성질화 (photoinduced cis-to-trans isomerization)을 방지하기 위해 어두운 곳에서 160℃에서 4시간 동안 리플럭스하였다. 그 후, 과다한 0.6g (7.8mmol)의 NH4NCS를 추가하여, 130℃에서 5 시간 동안 저었다. 그런 다음, 진공에서 용매를 제거하여 반고체상 생성물을 얻은 다음, 상기 반고체상 생성물에 물을 추가하여 미반응한 NH4NCS를 제거하여 불수용성의 생성물을 얻었다. 상기 불수용성의 생성물을 흡입 여과(suction filtration)하고, 증류수를 사용하여 세정한 후, 디에틸에테르를 사용하여 씻고, 건조하여, 소결된 유리 도가니 내에 모았다. 상기 크루드 생성물을 7㎖의 메탄올에 녹인 0.3g의 테트라부틸 암모늄하이드록사이드(tetrabutyl ammoniumhydroxide) 용액 내에 녹였다. 농축된 용액을 세파덱스-LH 20 컬럼(시그마-알드리치사)에 장착하고, 메탄올을 사용하여 녹여 분리하였다. 붉은 색의 메인 밴드를 모으고, 4 ㎖로 농축하였다. 0.01M의 HNO3(aq) 몇 방울을 첨가하여 생성물인 0.086 g의 cis-[Ru(H2dcbpy)(ligand-A)(NCS)2] (Rut-A)를 침전시켰다(수율: 30%).
FAB-MS: m/z = 1101.2 [M]+, 1043.3 [M-NCS]+ . 1H-NMR (400MHz, d6-DMSO) δH[ppm]: 9.38 (d, 1H, Py-H), 9.04 (d, 2H, Py-H), 8.85 (d, 1H, Py-H), 8.79 (s, 1H, Py-H), 8.68 (s, 1H, Py-H), 8.63 (s, 1H, Py-H), 8.53 (s, 1H, Py-H), 8.21 (d, 1H, Py-H), 7.92 (s, 1H, Py-H), 7.78 (d, 1H, Py-H), 7.52-7.59 (m, 2H, Ph-H), 7.41 (d, 1H, vinyl), 7.27 (d, 1H, vinyl), 7.19 (d, 1H, Py-H), 7.08 (d, 2H, Ph-H), 7.03 (d, 2H, Ph-H), 6.88-6.94 (m, 4H, Ph-H), 6.76 (d, 1H, Ph-H), 6.69 (d, 1H, Ph-H), 3.90-3.93 (m, 4H, OCH2), 2.38 (s, 3H, Py-CH3), 1.66-1.68 (m, 4H, CH2), 1.38-1.4 (m, 4H, CH2), 1.2-1.29 (m, 8H, C2H4), 0.84-0.86 (m, 6H, CH3)
합성예 2 : 루테늄계 염료(Rut-B) 합성
(a) N-페닐카바졸 (C-3) 합성
100㎖ 의 2-구 둥근 플라스크(two-necked round-bottomed flask) 내에서, 3g (18mmol)의 카바졸(carbazole; Cz), 3.3g (21mmol)의 브로모벤젠 (bromobenzene) 및 50㎖의 크실렌(xylene)을 넣고 저어주었다. 그 후, 3.73g (27mmol)의 포타슘 카보네이트(potassium carbonate)를 추가하여 반응물 용액(reactant solution)을 만들었다. 3㎖의 크실렌 내에 0.112g (0.5mmol)의 Pd(OAc)2와 0.1g (0.5mmol)의 PBut 3를 넣어 촉매 서스펜션을 만들었다. 상기 촉매 서스펜션을 상기 반응물 용액 내에 넣어 120℃에서 6시간 동안 저어주었다. 그 후, 반응 혼합물을 30㎖의 펜탄에 붓고, 여과시키고, 진공에서 농축시켜, 크루드 생성물을 얻었다. 상기 크루드 생성물을 컬럼 크로마토그래피(silica gel, n-hexane/ethylacetate = 8/2)를 사용하여 정제하여, 엷은 노란색 고체인 3.06g의 N-페닐카바졸 (N-phenylcarbazole, C-3)을 합성하였다(수율: 60%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.15 (d, 2H, Cz-H), 7.58 (m, 4H, Cz-H), 7.46 (t, 2H, Ph-H), 7.40 (d, 2H, Ph-H), 7,28 (m, 2H, Cz-H), 7.11 (m, 1H, Ph-H)
(b) 3,6-디브로모-(N-페닐)-카바졸 (C-4) 합성
20㎖의 DMF 내에 1.7g (7mmol)의 화합물 C-3를 녹이고, 이를 저은 후에, 10㎖의 DMF 내에 2.74g (15.4mmol)의 N-브로모숙신산이미드(N-bromosuccinimide; NBS) 를 녹인 용액을 방울방울 떨어뜨렸다. 반응 혼합물을 0℃, 무광 상태에서 3 시간 동안 저은 후, 50㎖의 1,2-디클로로에탄(1,2-Dichloroethane)을 추가하고, 물로 씻어주었다. 유기층을 증류농축장치(rotary evaporator)를 사용하여 건조 및 농축하였다. 크루드 생성물을 메탄올을 사용하여 재결정화하여, 미세한 바늘 형태의 2.3g의 3,6-디브로모-(N-페닐)-카바졸 (3,6-dibromo-(N-phenyl)-carbazole, C-4)을 얻었다(수율 82%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.20 (s, 1H, Cz-H), 8.19 (s, 1H, Cz-H), 7.62 (t, 3H, Ph-H), 7.51 (d, 2H, Ph-H), 7.49 (d, 2H, Cz-H), 7.24 (d, 2H, Cz-H)
(c) 3,6-디헥실옥시-(N-페닐)-카바졸 (C-5) 합성
70㎖의 건조 n-헥산올에 0.6g (26.15mmol)의 나트륨을 천천히 첨가한 후, 모든 나트륨이 반응할 때까지 약하게 가열하여, 나트륨 헥속시드 용액(sodium hexoxide solution)을 만들었다. 이 나트륨 헥속시드 용액에 30㎖의 DMF, 3g(15.7 mmol)의 요오드화 구리(Ⅰ), 2.1g(5.23 mmol)의 화합물 C-4를 첨가하고, 또 다른 30㎖의 DMF를 첨가하였다. N2 분위기에서 반응 혼합물을 5시간 동안 125℃로 가열한 후, 침전물을 여과시키고, 여과액을 200㎖의 물에 희석하고, 100㎖의 CH2Cl2을 두 번 사용하여 유기층들을 추출하였다. 상기 유기층들을 합하고, 합한 유기층들을 5%의 HCl을 사용하여 중화한 후, 물과 소금물을 각각 사용하여 씻어내고, MgSO4 에 통과시켜 건조시킨 후, 진공상태에서 농축하였다. 잔류물을 컬럼 크로마토그래피(silica gel, n-hexane/ethylacetate = 9/1)를 사용하여 정제하여, 노란색 오일인 1.62g의 3,6-디헥실옥시-(N-페닐)-카바졸 (3,6-dihexyloxy-(N-phenyl)-carbazole, C-5)을 얻었다(수율: 70%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.15 (d, 1H, Cz-H), 8.08 (d, 1H, Cz-H), 7.61 (s, 1H, Cz-H), 7.59 (s, 1H, Cz-H), 7.56 (t, 2H, Ph-H), 7.40 (d, 2H, Ph-H), 7.31 (d, 2H, Cz-H), 7.03 (t, 1H, Ph-H), 4.09 (m, 4H, OCH2), 1.85 (m, 4H, CH2), 1.38 (m, 8H, C2H4), 1.30 (m, 4H, CH2), 0.92 (m, 6H, CH3)
(d) 4-(3,6-디헥실옥시-(N-카바졸일)-벤잘데히드 (C-6)합성
상온에서 50㎖의 무수 1,2-디클로로에탄에 1.55g (3.5mmol)의 화합물 C-5를 넣은 용액에 0.27㎖ (3.5mmol)의 무수 DMF를 추가하였다. 0.38㎖ (4.2mmol)의 POCl3를 방울방울 떨어뜨리고, 하루 밤동안 리플럭스시켰다. 2M, 50㎖의 아세트산 나트륨 수용액을 사용하여 상온에서 2시간 동안 격렬하게 저어 가수분해시킨 후, 생성물을 CH2Cl2를 사용하여 추출하였다. 유기층을 MgSO4를 사용하여 건조시키고, 진공상태에서 농축한 후, 컬럼 크로마토그래피(silica gel, CH2Cl2)를 사용하여 정제하여, 노란색 오일인 1.07g의 4-(3,6-디헥실옥시-(N-카바졸일)-벤잘데히드 (4-(3,6-dihexyloxy-(N-carbazolyl)-benzaldehyde, C-6)을 얻었다(수율: 65%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 10.6 (s, 1H, CHO), 7.89 (s, 1H, Cz-H), 7.59 (d, 1H, Ph-H), 7.57 (s, 1H, Cz-H), 7.54 (s, 2H, Ph-H), 7.52 (d, 1H, Ph-H), 7.45 (d, 1H, Cz-H), 7.32 (d, 1H, Cz-H), 7.12 (d, 1H, Cz-H), 7.10 (d, 1H, Cz-H), 4.22 (m, 2H, OCH2), 4.09 (m, 2H, OCH2), 1.93 (m, 2H, CH2), 1.86 (m, 2H, CH2), 1.30-1.44 (m, 8H, C2H4), 1.25 (m, 4H, CH2), 0.88-0.94 (m, 6H, CH3)
(e) 4-(4-(3,6-디헥실옥시-N-카바졸일)-페닐-2- 하이드록시에틸)-4'- 메틸 -2,2'- 바이피리딘(C-7) 합성
모노-탈양성자화를 위해 -60℃에서 30㎖의 THF 내에서 2mmol의 BuLi을 0.33㎖ (2.4mmol)의 디이소프로필아민과 섞어 리튬 디이소프로필아미드(LiNPri 2)를 형성하였다. 상기 LiNPri 2 용액을 상온(room temperature)에서 30분 동안 젓고, -40℃로 냉각하였다. 10㎖의 THF에 녹아있는 0.37g (2mmol)의 4,4'-디메틸-2,2'-바이피리딘 (4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine)을 LiNPri 2용액에 방울방울 떨어뜨려 첨가하여(added dropwise), 검은 반응 혼합물을 얻었다. 이 검은 반응 혼합물을 상온에서 1시간동안 저었다. 이를 -60℃로 냉각시킨 후에, 앞서 합성한 0.94g(2mmol)의 화합물 C-6을 10㎖의 THF에 녹인 용액을 첨가하였다. 이를 3 시간 동안 저은 후, 물에 넣고, 100㎖의 CH2Cl2를 사용하여 추출하였다. 유기상(organic phase)을 소금 물을 사용하여 씻고, MgSO4를 사용하여 건조시켰다. 용액은 증류농축장치(rotary evaporator)를 사용하여 제거하였다. 크루드 생성물에 대해 n-헥산(n-hexane)-에틸아세테이트(ethylacetate)-Et3N (50:48:2)을 사용하여 크로마토그래프를 실시하여 0.59g의 4-(4-(3,6-디헥실옥시-N-카바졸일)-페닐-2- 하이드록시에틸)-4'- 메틸 -2,2'- 바이피리딘(4-(4-(3,6-dihexyloxy-N-carbazolyl)-phenyl-2-hydroxyethyl)-4'-methyl-2,2'-bipyridine, C-7) 을 얻었다(수율: 45%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.53 (d, 1H, Py-H), 8.50 (d, 1H, Py-H), 8.27 (s, 1H, Py-H), 8.18 (s, 1H, Py-H), 8.08 (d, 1H, Cz-H), 7.60 (s, 1H, Cz-H), 7.54 (d, 1H, Cz-H), 7.52 (d, 1H, Cz-H), 7.44 (d, 2H, Ph-H), 7.42 (s, 1H, Cz-H), 7.39 (d, 1H, Cz-H), 7.30 (d, 2H, Ph-H), 7.12 (d, 2H, Py-H), 5.30 (m, 1H, Ph-CH), 4.19 (m, 2H, OCH2), 4.11 (m, 2H, OCH2), 3.09-3.29 (m, 2H, Py-CH2), 2.42 (s, 3H, Py-CH3), 2.04 (s, 1H, OH), 1.94 (m, 2H, CH2), 1.85 (m, 2H, CH2), 1.38 (m, 8H, C2H4), 1.26 (m, 4H, CH2), 0.90-0.94 (m, 6H, CH3)
(f) 4-(4'-(3,6-디헥실옥시카바졸-9-일)-스티릴)-4'-메틸 -2,2'-바이피리딘 (리간드-B) 합성
0.524g(0.8mmol)의 화합물 C-7을 conc. AcOH (20 ㎖, excess)에 녹이고, 18 시간 동안 리플럭스하면서 저어, 반응 혼합물을 얻었다. 상기 반응 혼합물을 sat. aq. NaHCO3 (100㎖)에 붓고, CH2Cl2 (100㎖)를 사용하여 추출한 후, MgSO4 를 사용하여 건조시키고, 농축하여 크루드 생성물을 얻었다. 상기 크루드 생성물에 대해 n-헥산(n-hexane)-에틸아세테이트(ethylacetate)(7:3)을 사용하여 크로마토그래프를 실시하여 0.19g의 리간드-B를 얻었다(수율: 37%).
1H-NMR (400MHz, CDCl3) δH[ppm]: 8.61 (d, 1H, Py-H), 8.55 (d, 1H, Py-H), 8.43 (s, 1H, Py-H), 8.24 (s, 1H, Py-H), 8.08 (d, 1H, Cz-H), 7.95 (d, 1H, Cz-H), 7.91 (d, 1H, Cz-H), 7.67 (d, 1H, Cz-H), 7.62 (s, 1H, Cz-H), 7.59 (d, 2H, Ph-H), 7.54 (d, 2H, Ph-H), 7.43 (d, 1H, vinyl), 7.40 (d, 1H, Py-H), 7.32 (s, 1H, Cz-H), 7.15 (d, 1H, vinyl), 7.04 (d, 1H, Py-H), 4.20 (m, 2H, OCH2), 4.10 (m, 2H, OCH2), 2.45 (s, 3H, Py-CH3), 1.97 (m, 2H, CH2), 1.86 (m, 2H, CH2), 1.37-1.42 (m, 8H, C2H4), 1.25-1.30 (m, 4H, CH2), 0.88-0.94 (m, 6H, CH3). ESI-MS: m/z = 637.4 [M]+.
(g) 시스-[Ru(H2dcbpy)(리간드-B)NCS)2] (Rut-B) 합성
0.086g(0.14mmol)의 [RuCl2(p-cymene)]2을 건조 DMF (30 ㎖)에 녹이고, 0.178g(0.28mmol)의 리간드-B를 첨가하여, 반응 혼합물을 얻었다. 상기 반응 혼합물을 80℃로 4시간 동안 가열하였다. 그 후, 0.067g (0.28mmol)의 4,4'-디카르복시산-2,2-바이피리딘 (4,4'-dicarboxylic acid-2,2-bipyridine; H2dcbpy)을 첨가하 고, 광유발 시스-트랜스 이성질화 (photoinduced cis-to-trans isomerization)을 방지하기 위해 어두운 곳에서 160℃에서 4시간 동안 리플럭스하였다. 그 후, 과다한 0.646g (8.4mmol)의 NH4NCS를 추가하여, 130℃에서 5 시간 동안 저었다. 그런 다음, 진공에서 용매를 제거하여 반고체상 생성물을 얻은 다음, 상기 반고체상 생성물에 물을 추가하여 미반응한 NH4NCS를 제거하여 불수용성의 생성물을 얻었다. 상기 불수용성의 생성물을 흡입 여과(suction filtration)하고, 증류수를 사용하여 세정한 후, 디에틸에테르를 사용하여 씻고, 건조하여, 소결된 유리 도가니 내에 모았다. 상기 크루드 생성물을 7㎖의 메탄올에 녹인 0.3g의 테트라부틸 암모늄하이드록사이드(tetrabutyl ammoniumhydroxide) 용액 내에 녹였다. 농축된 용액을 세파덱스-LH 20 컬럼(시그마-알드리치사)에 장착하고, 메탄올을 사용하여 녹여 분리하였다. 붉은 색의 메인 밴드를 모으고, 4 ㎖로 농축하였다. 0.01M의 HNO3(aq) 몇 방울을 첨가하여 생성물인 0.098g의 cis-[Ru(H2dcbpy)(ligand-A)(NCS)2] (Rut-B)를 침전시켰다(수율: 32%).
FAB-MS: m/z = 1099.3 [M]+, 1041.3 [M-NCS]+. 1H-NMR (400MHz, d6-DMSO) δH[ppm]: 9.46 (s, 1H, Py-H), 9.11 (d, 1H, Py-H), 9.05 (d, 1H, Py-H), 8.94 (d, 1H, Py-H), 8.84 (s, 1H, Py-H), 8.71 (s, 1H, Py-H), 8.69 (d, 1H, Py-H), 8.56 (s, 1H, Py-H), 8.30 (s, 1H, Cz-H), 8.16 (d, 1H, Cz-H), 8.04 (d, 1H, Cz-H), 7.93 (s, 1H, Cz-H), 7.84 (d, 2H, Ph-H), 7.69 (d, 2H, Cz-H), 7.62 (d, 2H, Py- H), 7.55 (d, 1H, vinyl), 7.31 (d, 2H, Ph-H), 7.24 (d, 1H, vinyl), 7.06 (d, 2H, Py-H), 4.20 (m, 2H, OCH2), 4.07 (m, 2H, OCH2), 2.33 (s, 3H, Py-CH3), 1.95 (m, 2H, CH2), 1.76 (m, 2H, CH2), 1.60 (m, 2H, CH2), 1.47 (m, 2H, CH2), 1.24-1.39 (m, 8H, C2H4), 0.83-0.93 (m, 6H, CH3)
실험예 1 : 염료의 광흡수특성
상기 합성예들 1 및 2를 통해 합성된 루테늄 염료들(Rut-A, Rut-B), 그리고 하기 화학식 43에 나타낸 N3 염료(솔라로닉스사(Solaronix), 스위스)의 광흡수특성을 UV-Vis 분광 광도계(Cary 500, Varian사)를 사용하여 측정하였다. 또한, 염료들을 특정 농도에서의 광학 농도를 측정한 후, 비어-램버트의 법칙(Beer-Lambert's law , A = εbc, A: optical density, ε: molar extinction coefficient, b: beam path, c: concentration of the sample)을 사용하여 몰 흡광계수(molar extinction coefficient;ε)를 계산하여, 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
| 염료 | λmax1 (nm) |
ε1 (Mol-1.cm-1) |
λmax2 (nm) |
ε2 (Mol-1.cm-1) |
λmax3 (nm) |
ε3 (Mol-1.cm-1) |
| Rut-A | 304 | 48300 | 433 | 34080 | 526 | 20560 |
| Rut-B | 284 | 53940 | 384 | 46680 | 535 | 20760 |
| N3 | 310 | 51120 | 387 | 15070 | 534 | 14500 |
도 2는 합성예들 1 및 2를 통해 합성된 루테늄 염료들(Rut-A, Rut-B), 및 N3 염료에 대한 파장에 따른 몰 흡광계수를 나타낸 그래프이다.
표 1 및 도 2를 참조하면, 합성예들 1 및 2를 통해 합성된 루테늄 염료들(Rut-A, Rut-B)은 N3 염료에 비해 몰 흡광계수가 커서 광흡수 세기가 더 크고, 더 넓은 범위의 광을 흡수함을 알 수 있다. 이는 바이피리딘 리간드에 도입된 전자 공여기로서의 방향족 아민에 의해 콘쥬게이션이 확장되어 π 전자 비편재화가 향상됨에 기인한다고 할 수 있다. 이와 같은 염료의 몰 흡광계수의 향상은 태양 소자의 에너지 변환 효율의 향상으로 연결될 수 있다.
실험예 2 : 염료의 전기화학적 거동
순환 전압전류법(cyclic voltammetry; CV)을 사용하여 상기 합성예들 1 및 2를 통해 합성된 루테늄 염료들(Rut-A, Rut-B)에 대한 온셋 산화 전위(onset oxidation potential)를 측정하고, 이를 사용하여 루테늄 염료들의 HOMO 에너지 준위를 계산하였다. 도 3은 합성예들 1 및 2를 통해 합성된 루테늄 염료들(Rut-A, Rut-B)에 대한 순환 전압전류곡선(cyclic voltammogram)을 나타낸 그래프이다. 또한, 광전자분광법(photoelectron spectroscopy)을 사용하여 상기 합성예들 1 및 2를 통해 합성된 루테늄 염료들(Rut-A, Rut-B)의 밴드갭을 측정하였다. 상기 HOMO 에너지 준위 값과 상기 밴드갭 값을 사용하면 LUMO 에너지 준위 값을 구할 수 있고, 이들 값들을 하기 표 2에 정리하였다.
[표 2]
| 염료 | E onset, ox (V vs. Ag/Ag+) |
HOMO (eV) |
LUMO (eV) |
Ebandgap (eV) |
| Rut-A | 0.78 | -5.4 | -3.02 | 2.38 |
| Rut-B | 0.76 | -5.38 | -3.0 | 2.38 |
| N3 | - | -5.5 | -3.8 | 1.68 |
표 2를 참조하면, Rut-A와 Rut-B는 거의 유사한 밴드갭 값을 나타낸다. 그러나, Rut-A는 카바졸기 성분이 도입된 Rut-B의 경우에 비해 낮은 HOMO-LUMO 에너지 준위를 나타낸다.
상기 Rut-A와 Rut-B의 LUMO 에너지 준위(-3.02eV, -3.0eV)는 전도성 산화물 나노 결정인 TiO2의 전도성 에너지 준위(-4 eV)에 비해 높아, 여기된 염료 분자로부터 TiO2의 전도성 에너지 준위로의 전자 주입이 용이할 수 있다. 이와 더불어 서, 상기 Rut-A와 Rut-B의 HOMO 에너지 준위(-5.4eV, -5.38eV)는 I-/I3 - 산화/환원 커플의 환원 전위는 -4.9eV에 비해 낮아, 산화된 염료를 다시 환원시키는 염료 재생을 원활하게 수행할 수 있다.
제조예 1 : 염료 감응 태양전지(Ⅰ)
아나타제상을 갖는 TiO2 나노 파티클(Nanoxide-D, Solaronix사, 평균 size는 20 nm)의 콜로이달 분산액을 닥터 블레이트법을 사용하여 제1 기판 상에 8 ㎛의 두께로 적층한 후, 이 위에 400nm의 평균 사이즈를 갖는 아나타제상 TiO2 나노 파티클을 코팅하였다. 상기 적층된 TiO2 나노 파티클들을 공기 중에서 500 ℃의 온도로 30분 동안 소결하여 다공성 반도체막인 TiO2막을 얻었다. 그 후, TiO2막을 합성예 1에서 합성된 루테늄 염료(Rut-A)가 0.5mM로 함유된 용액 내에 하루 동안 침지시켰다.
제2 기판으로서 FTO(Fluorine-tin-oxide) 기판 상에 5 X 10-3M의 H2PtCl6 (Fluka 사) - 이소프로판올 용액을 떨어뜨려 스프레딩하고, 오븐에서 400℃의 온도로 15분 동안 열처리하여 제2 전극으로서 백금 전극을 형성하였다.
25㎛ 두께의 설린 고분자(Surlyn polymer, Dupont 사)를 사용하여 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판을 조립하고, 120 내지 130℃의 온도로 가압하여 태양전지 셀을 실링하였다. 그 후, 조립된 기판들 사이에 0.1M의 요오드화 리튬, 0.1M의 요오드(Iodine), 0.5M 4-터트-부틸피리딘, 및 0.6M의 1,2-디메틸-3-프로필 이미다졸리움 요오드 (1,2-dimethyl-3-propyl imidazolium iodide)을 함유하는 아세토니트릴 용액을 주입하였다.
제조예 2 : 염료 감응 태양전지(Ⅱ)
루테늄 염료로서 합성예 2에서 합성된 루테늄 염료(Rut-B)를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 염료 감응 태양전지를 제조하였다.
비교예 2 : 염료 감응 태양전지(Ⅱ)
루테늄 염료로서 N3 염료를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 염료 감응 태양전지를 제조하였다.
실험예 3 : 염료 감응 태양전지 평가
인공 태양광 조사장치(solar simulator)로서 1000W의 크세논 램프(Xenon lamp, Spectra-Physics사)를 사용하여 제조예들 1 및 2, 및 비교예 1에 따른 염료 감응 태양전지에 인공 태양광을 조사하였다. 상기 광원을 KG-5 필터를 갖는 표준 NREL Si 태양 전지를 사용하여 AM 1.5G one sun 조건인 100㎽/㎠으로 교정하였다. 약 0.32㎠의 활성면적이 조사되었다. 키슬리 모델 2400 디지털 소스 미터(Keithley 사)를 사용하여 셀의 광전류를 측정하여 전류-전압 곡선을 얻었다.
도 4는 제조예 1, 제조예 2, 및 비교예에 따른 염료 감응 태양전지의 전류-전압 곡선이다. 상기 전류-전압 곡선으로부터 개방전압(open circuit voltage; Voc), 단락전류밀도(Short Circuit Current density; Jsc), 및 채움상수(fill factor; FF)를 추출하고, 전력변환효율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 참고로, Voc은 도 4에서 전류밀도가 0일 때의 전압값이고, Jsc는 전압이 0일 때의 전류밀도값이며, 채움상수(FF)는 Voc와 Jsc의 곱에 대한 최대발생전력밀도의 비를 나타낸다. 또한, 전력변환효율(Power Conversion Efficiency; PCE, η)은 입력전력밀도 즉, 100㎽/㎠에 대한 최대발생전력밀도의 비이다.
[표 3]
| 염료 |
Jsc(㎃/㎠) | Voc (V) | FF(%) | η(%) (@ 입력전력밀도= 100㎽/㎠) |
| Rut-A (제조예 1) |
10.041 | 0.662 | 0.679 | 4.52 |
| Rut-B (제조예 2) |
10.725 | 0.662 | 0.696 | 4.95 |
| N3 (비교예) |
9.838 | 0.639 | 0.712 | 4.48 |
도 4 및 표 3을 참조하면, Rut-A와 Rut-B를 각각 함유하는 제조예들 1 및 2에 따른 염료감응 태양전지는 N3를 함유하는 비교예에 비해 전력변환효율이 향상됨을 알 수 있다. 특히, 카바졸이 도입된 Rut-B의 경우 N3에 비해 광흡수율이 높아(도 2 참조) 전력변환효율이 더 크게 향상됨을 알 수 있다.
도 5는 제조예 1, 제조예 2, 및 비교예에 따른 염료 감응 태양전지의 파장에 따른 IPCE(Incident-photon-to-current Conversion Efficiency)을 나타낸 그래 프이다.
도 5를 참조하면, 염료로서 Rut-A와 Rut-B를 각각 함유하는 제조예들 1 및 2에 따른 염료감응 태양전지는 N3를 함유하는 비교예에 비해 IPCE가 전체적으로 특히, 약 550nm 이상의 파장영역에서 향상된 것으로 나타났다.
도 1은 제조예 1을 통해 얻어진 유기화합물에 대한 1H-NMR을 나타낸 그래프이다.
도 2는 화학식 3에 따른 유기화합물에 대한 열중량분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 화학식 3에 따른 유기화합물에 대한 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 화학식 3에 따른 유기화합물의 광흡수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 화학식 3에 따른 유기화합물의 순환전압전류특성을 나타낸 그래프이다.
Claims (8)
- 하기 화학식 1로 표시되는 유기 금속 염료:[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트계 작용기 또는 포스페이트계 작용기이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다. - 제1항에 있어서,상기 방향족 아민계 작용기는 하기 화학식들 2 내지 21에 나타난 작용기들 중 어느 하나인 유기 금속 염료:[화학식 2]
상기 화학식 2에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 3]
상기 화학식 3에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 6]
상기 화학식 6에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 7]
상기 화학식 7에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 8]
상기 화학식 8에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 9]
상기 화학식 9에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 10]
상기 화학식 10에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 11]
상기 화학식 11에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 12]
상기 화학식 12에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 13]
상기 화학식 13에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 14]
상기 화학식 14에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 15]
상기 화학식 15에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 16]
상기 화학식 16에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 17]
상기 화학식 17에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 18]
상기 화학식 18에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 19]
상기 화학식 19에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 20]
상기 화학식 20에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 21]
상기 화학식 21에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다. - 제1항에 있어서,상기 카르복실레이트계 작용기는 -COOH, 또는 -COONa이고, 상기 포스페이트계 작용기는 -PO(OH)2 또는 -PO(ONa)2인 유기 금속 염료.
- 제1항에 있어서,상기 L1 및 상기 L2는 -NCS인 유기 금속 염료.
- 제1항에 있어서,상기 유기 금속 염료는 하기 화학식 42에 나타난 염료인 유기 금속 염료:[화학식 42]
상기 화학식 42에서, X1 과 X2는 서로에 관계없이 -COOH, -COONa, 또는 -PO(OH)2이고, X3는 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나이고, X4는 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나 또는 메틸기이다.[화학식 22]
상기 화학식 22에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 23]
상기 화학식 23에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 24]
상기 화학식 24에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 25]
상기 화학식 25에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 26]
상기 화학식 26에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 27]
상기 화학식 27에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 28]
상기 화학식 28에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 29]
상기 화학식 29에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 30]
상기 화학식 30에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 31]
상기 화학식 31에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 32]
상기 화학식 32에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 33]
상기 화학식 33에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 34]
상기 화학식 34에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 35]
상기 화학식 35에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 36]
상기 화학식 36에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 37]
상기 화학식 37에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 38]
상기 화학식 38에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 39]
상기 화학식 39에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 40]
상기 화학식 40에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 41]
상기 화학식 41에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다. - 기판 상에 위치하는 전극;상기 전극 상에 위치하는 다공성 반도체층; 및상기 다공성 반도체층에 흡착되고, 하기 화학식 1로 표시되는 유기 금속 염료를 구비하는 광감성 기판.[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트 또는 포스페이트이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다. - 기판 상에 위치하는 전극;상기 전극 상에 위치하는 다공성 반도체층; 및상기 다공성 반도체층에 흡착되고, 하기 화학식 1로 표시되는 유기 금속 염료를 구비하는 광감성 기판.[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 Ru 또는 Os이고, X1, X2, X3, 및 X4 중에서 적어도 하나는 방향족 아민계 작용기이고, 나머지 중 적어도 하나는 카르복실레이트 또는 포스페이트이고, 나머지는 수소 또는 C1 ~ C6의 알킬기이고, L1 및 L2는 서로에 관계없이 -NCS, -CN, Cl, Br, 또는 I이다. - 제1항에 있어서,상기 유기 금속 염료는 하기 화학식 42에 나타난 염료인 유기 금속 염료:[화학식 42]
상기 화학식 42에서, X1 과 X2는 서로에 관계없이 -COOH, -COONa, 또는 -PO(OH)2이고, X3는 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나이고, X4는 하기 화학식들 22 내지 41에 나타난 작용기들 중 어느 하나 또는 메틸기이다.[화학식 22]
상기 화학식 22에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 23]
상기 화학식 23에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 24]
상기 화학식 24에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 25]
상기 화학식 25에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 26]
상기 화학식 26에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 27]
상기 화학식 27에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 28]
상기 화학식 28에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 29]
상기 화학식 29에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 30]
상기 화학식 30에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 31]
상기 화학식 31에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 32]
상기 화학식 32에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 33]
상기 화학식 33에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 34]
상기 화학식 34에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 35]
상기 화학식 35에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 36]
상기 화학식 36에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또 는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 37]
상기 화학식 37에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 38]
상기 화학식 38에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 39]
상기 화학식 39에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 40]
상기 화학식 40에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.[화학식 41]
상기 화학식 41에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 수소, C1 ~ C6의 알킬기 또는 C1 ~ C6의 알콕시기이다.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080133553A KR101048172B1 (ko) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080133553A KR101048172B1 (ko) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응태양전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100074982A true KR20100074982A (ko) | 2010-07-02 |
| KR101048172B1 KR101048172B1 (ko) | 2011-07-08 |
Family
ID=42637449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080133553A KR101048172B1 (ko) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | 유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101048172B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012049167A1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-04-19 | Universite De La Mediterranee Aix-Marseille Ii | Novel oligothiophene derivatives, their process of preparation and their uses |
| KR101453553B1 (ko) * | 2011-12-12 | 2014-10-24 | 고려대학교 산학협력단 | 이중 채널형 아민계 유도체, 이를 포함하는 고효율 염료감응 태양전지용 유기염료 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100589322B1 (ko) * | 2004-02-03 | 2006-06-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고효율 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법 |
| US20070017569A1 (en) * | 2005-07-25 | 2007-01-25 | General Electric Company | Metal complex compositions and use thereof in dye sensitized solar cells |
| TWI319424B (en) | 2006-05-11 | 2010-01-11 | Univ Nat Central | Photosensitizer dye |
| JP2008266634A (ja) | 2007-03-29 | 2008-11-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 化合物、光電変換素子及び光電気化学電池 |
-
2008
- 2008-12-24 KR KR1020080133553A patent/KR101048172B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012049167A1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-04-19 | Universite De La Mediterranee Aix-Marseille Ii | Novel oligothiophene derivatives, their process of preparation and their uses |
| KR101453553B1 (ko) * | 2011-12-12 | 2014-10-24 | 고려대학교 산학협력단 | 이중 채널형 아민계 유도체, 이를 포함하는 고효율 염료감응 태양전지용 유기염료 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101048172B1 (ko) | 2011-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101023502B (zh) | 2,2-联吡啶配体、敏化染料和染料敏化的太阳能电池 | |
| US7989691B2 (en) | Dye for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell including the same | |
| JP5003871B2 (ja) | 二核金属錯体、金属錯体色素、光電変換素子、及び光化学電池 | |
| Wu et al. | Narrowing band gap of platinum acetylide dye-sensitized solar cell sensitizers with thiophene π-bridges | |
| Song et al. | A simple triaryl amine-based dual functioned co-adsorbent for highly efficient dye-sensitized solar cells | |
| KR101871027B1 (ko) | 전기화학 및/또는 광전자 소자를 위한 화합물 | |
| KR20070111609A (ko) | 포스페이트를 포함하는 반도체 전극 및 이를 채용한태양전지 | |
| JP2012508227A (ja) | 色素増感された光起電性素子の増感剤用の新規な固定配位子 | |
| JP5261068B2 (ja) | 光電変換素子用電解質組成物及びそれを用いた光電変換素子 | |
| Stengel et al. | Click‐Functionalized Ru (II) Complexes for Dye‐Sensitized Solar Cells | |
| JP5003865B2 (ja) | 二核金属錯体色素溶液およびこの溶液を用いた光電変換素子、及び光化学電池 | |
| Su et al. | New triarylamine organic dyes containing the 9-hexyl-2-(hexyloxy)-9H-carbazole for dye-sensitized solar cells | |
| Kamaraj et al. | Performance of 4-Subsituted Pyridine Based Additive and Cobalt Redox in Poly (ethylene glycol)–Hydroxyethylcellulose Polymer Electrolytes with DTTCY Acid Sensitizer on Dye Sensitized Solar Cells | |
| JP5293190B2 (ja) | 二核金属錯体の製造方法 | |
| JP5170357B2 (ja) | 光電変換素子、及び光化学電池 | |
| JP5428312B2 (ja) | 光電変換素子、及び光化学電池 | |
| KR101048172B1 (ko) | 유기 금속 염료, 이를 구비하는 광감성 기판, 및 염료 감응태양전지 | |
| KR101175207B1 (ko) | 유기염료 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 | |
| Hsu et al. | On the structural variations of Ru (II) complexes for dye-sensitized solar cells | |
| WO2012155247A1 (en) | Cyclometalated transition metal dyes | |
| KR101264082B1 (ko) | 벤조씨아졸을 함유하는 염료감응 태양전지용 염료 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 | |
| JP6101625B2 (ja) | 光電変換素子用色素、それを用いた光電変換膜、電極及び太陽電池 | |
| KR20110086272A (ko) | 신규 트리페닐아민 유도체 및 이를 포함하는 염료감응형 태양전지 | |
| KR101297258B1 (ko) | 염료 감응 태양 전지용 염료, 그 제조 방법 및 이를 채용한 태양 전지 | |
| Joseph et al. | Output current enhancement of hexylthiophene functionalized D–π-extended–A triphenylamine in dye sensitized solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20081224 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20101117 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20110624 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20110704 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20110704 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140528 Year of fee payment: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140528 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150630 Year of fee payment: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150630 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20170609 |