KR20100083323A - Electrolyte containing scattering materials for dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell comprising the electrolyte and preparation method of the dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 종래의 염료감응 태양전지의 효율을 향상시키면서 동시에 반투명성을 유지할 수 있는 산란물질을 포함하는 염료감응 태양전지용 전해질, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a dye-sensitized solar cell electrolyte comprising a scattering material which can improve the efficiency of the conventional dye-sensitized solar cell and at the same time maintain translucency, a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing a 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 제조공정이 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 simple in manufacturing process, low in manufacturing cost, and practically usable as compared with a silicon type solar cell, and many studies have been conducted on this.
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(예를 들어, 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 이루 어진다.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 기존의 실리콘 태양전지에 비해 효율이 낮으며, 효율을 높이기 위한 산란층 적용 염료태양전지는 반투명성을 잃는 단점을 가진다.However, the dye-sensitized solar cell has a lower efficiency than the conventional silicon solar cell, and the scattering layer applied dye solar cell to increase the efficiency has a disadvantage of losing translucency.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 형광체, 지르코니아, 티타니아와 같은 세라믹 파우더 또는 금속파우더를 포함함으로써, 종래의 액체 전해액을 적용한 태양전지보다 높은 광전환 효율을 나타내며 동시에 반투명성을 유지하는 염료감응 태양전지용 산란물질을 포함하는 액체 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 includes a ceramic powder or metal powder such as phosphor, zirconia, titania, and exhibits higher light conversion efficiency and maintains translucency at the same time than a solar cell to which a conventional liquid electrolyte is applied. An object of the present invention is to provide a liquid electrolyte comprising a scattering material for dye-sensitized solar cells, a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell including the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 지르코니아, 티타니아 등과 같은 산란물질을 전해액 내에 분산시킴으로써, 종래 액체 전해질 적용 염료감응 태양전지보다 우수한 광전 변환 효율을 얻음과 동시에 반투명성을 유지할 수 있음을 확인하고, 이를 통하여 본 발명을 완성하게 되었다. In order to achieve the above object, the present inventors have confirmed that by dispersing a scattering material such as zirconia, titania, etc. in the electrolyte solution, it is possible to obtain a photoelectric conversion efficiency superior to the conventional liquid electrolyte applied dye-sensitized solar cell and at the same time maintain translucency Through this, the present invention was completed.
본 발명은 종래의 액체 전해액에 세라믹 파우더 또는 금속파우더를 분산하여 제조된 염료감응 태양전지용 액체 전해질을 제공한다. The present invention provides a liquid electrolyte for dye-sensitized solar cells prepared by dispersing a ceramic powder or a metal powder in a conventional liquid electrolyte.
상기 염료감응 태양전지용 액체 전해질은 산화-환원 유도체와 유기용매로 이루어진 액체 전해액 및 세라믹 파우더 또는 금속파우더와 같은 산란물질을 포함하여 이루어질 수 있다. The liquid electrolyte for dye-sensitized solar cells may include a liquid electrolyte composed of an oxidation-reducing derivative and an organic solvent and scattering materials such as ceramic powder or metal powder.
본 발명은 염료감응 태양전지로서, (A) 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 형성된 투명전도성 산화물층; 및 상기 투명전도성 산화물층의 상부에 형성되며, 염료가 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, 세라믹 파우더 또는 금속파우더를 포함하여 이루어진 산란물질 포함 액체 전해질을 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) is provided between the cathode electrode and the anode electrode, and provides a dye-sensitized solar cell comprising a liquid electrolyte containing a scattering material made of a ceramic powder or a metal powder.
본 발명에 따른 세라믹 파우더 또는 금속파우더를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지용 액체 전해질은 종래의 액체 전해액의 보다 높은 효율을 내며, 반투명성을 그대로 유지하기 때문에 상용화에 유리할 것으로 기대된다. The liquid electrolyte for a dye-sensitized solar cell including the ceramic powder or the metal powder according to the present invention is expected to be advantageous for commercialization because it exhibits higher efficiency of the conventional liquid electrolyte and maintains translucency.
본 발명은 종래의 액체 전해액의 낮은 효율을 개선하고, 산란층 적용 염료태양전지의 불투명성을 개선하기 위해 저해액 내에 산란물질을 분산시켜 종래의 전해 액 적용 염료감응 태양전지보다 높은 효율을 가지며 동시에 반투명성을 유지하는 염료감응 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.In order to improve the low efficiency of the conventional liquid electrolyte and to improve the opacity of the scattering layer-applied dye solar cell, the present invention disperses the scattering material in the inhibitor and has a higher efficiency than the conventional electrolyte-applied dye-sensitized solar cell. It relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell that maintains transparency.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 산란물질 포함 염료감응 태양전지용 전해액은 종래의 전해액에 첨가제로서 세라믹 파우더 또는 금속 파우더를 포함하여 이루어진다. The dye-sensitized solar cell electrolyte solution containing the scattering material of the present invention comprises a ceramic powder or a metal powder as an additive to a conventional electrolyte solution.
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 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨, 브롬화 칼륨, 4급 암모늄염, 이미다졸륨염 또는 피리디늄염 등을 사용할 수 있다.As the redox derivative, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, quaternary ammonium salt, imidazolium salt or pyridinium salt, and the like can be used.
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.
세라믹 파우더 또는 금속 파우더는 전해액에 첨가되어 음극계 전극을 투과한 태양빛을 산란시켜 광변환효율을 향상시킨다. 이러한 세라믹 파우더 또는 금속파우더로는 형광체, 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3) 및 스테인레스 스틸 분말 등이 바람직하게 사용될 수 있으며, 세라믹 형광체의 예로는 그린 형광체, 불루 형광체 등이 대표적이다. 다만, 이들은 예시적인 것이며, 세라믹 파우더 또는 금속 파우더는 음극계 전극을 통과한 태양빛을 산란시키는 역할을 하므로 전해액 내에서 녹거나 반응하지 않고 안정하게 존재할 수 있는 어떠한 세라믹이나 금속 분말도 사용될 수 있다.Ceramic powder or metal powder is added to the electrolyte to scatter the sunlight passing through the cathode electrode to improve the light conversion efficiency. As such ceramic powder or metal powder, phosphor, titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) and stainless steel powder may be preferably used. Examples of the ceramic phosphor include green phosphor and blue Phosphor etc. are typical. However, these are exemplary, and since ceramic powder or metal powder plays a role of scattering sunlight passing through the cathode electrode, any ceramic or metal powder which can be stably present without melting or reacting in the electrolyte may be used.
상기 세라믹 파우더는 본 발명의 액체 전해질에 3 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 산란효과가 없어 광변환 효율 증가가 미미하고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 전해액 내에 고르게 분산되기가 어렵다.The ceramic powder is preferably contained in 3 to 20% by weight in the liquid electrolyte of the present invention. If the content is less than 3% by weight, there is no scattering effect and the light conversion efficiency is insignificant, and when the content is more than 20% by weight, it is difficult to evenly disperse the electrolyte.
상기와 같은 성분을 포함하여 이루어진 산란물질 포함 액체 전해질은 종래의 전해액보다 우수한 광전변환효율을 나타내면서 동시에 반투명성을 유지한다. The liquid electrolyte containing the scattering material including the above components exhibits excellent photoelectric conversion efficiency and maintains translucency at the same time as the conventional electrolyte solution.
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 산란물질 포함 전해액층(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) 산란물질 포함 전해액층(500)은 상기 음극계 전극(100) 및 양극계 전극(200) 사이에 게재되며, 세라믹 파우더 혹은 금속 파우더를 포함하여 이루어진 액체 전해질로부터 형성된 층이다. (C) The scattering material-containing
상기한 바와 같이 음극계 전극(100), 양극계 전극(200), 및 세라믹 파우더 혹은 금속 파우더를 포함하여 이루어진 액체 전해질(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 세라믹 파우더 혹은 금속 파우더를 포함하여 이루어진 액체 전해질(500)이 게재되어 있는 구조를 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지는 세라믹 파우더 혹은 금속 파우더를 포함하여 이루어진 액체 전해질(500)을 포함함으로써 음극을 투과한 빛이 산란되어 광전변환효율이 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 전극을 부착시키는 제3단계; 및 산란물질을 포함하는 전해액을 주입하는 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; Attaching the prepared cathode or anode electrode; And a fourth step of injecting an electrolyte solution containing the scattering material.
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 흡착시키는 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(SnO)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 (SnO), 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 또는 스퍼터링 방법으로 도막을 코팅하여 투명전도성 산화물층을 형성할 수 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 by using an adhesive or by coating a coating film by sputtering to form a transparent conductive oxide. A layer can be formed.
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. 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.
음극계 전극과 양극계 전극을 부착하는 제3단계는, 제1단계에서 제조된 음극계 전극과 제2단계에서 제조된 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. The third step of attaching the cathode electrode and the anode electrode is attaching the cathode electrode manufactured in the first step and the anode electrode manufactured in the second step. 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.
산란물질을 포함하는 전해액을 주입하고 밀봉하는 제4단계는, 제조된 양극계 전극의 구멍을 통하여 산란물질을 포함하는 전해액을 주입하고, 구멍을 SURLYN과 유리로 밀봉하는 단계이다. 구체적으로, 산화-환원계 유도체와 유기용매로 이루어진 액체 전해액을 제조한 후, 여기에 세라믹 파우더 또는 금속 파우더를 첨가하여 액체 전해질을 제조한다.The fourth step of injecting and sealing the electrolyte solution containing the scattering material is a step of injecting the electrolyte solution containing the scattering material through the hole of the manufactured anode system electrode and sealing the hole with SURLYN and glass. Specifically, after preparing a liquid electrolyte consisting of an oxidation-reduction derivative and an organic solvent, a liquid powder is prepared by adding ceramic powder or metal powder thereto.
상기와 같은 방법으로 제조된 염료감응 태양전지는 산란물질을 포함하는 액체 전해질을 포함하는데, 산란물질의 양에 따라 투과도를 조절할 수 있고, 종래 전해액보다 우수한 광전기화학적인 특성을 나타낼 수 있다.The dye-sensitized solar cell manufactured by the above method includes a liquid electrolyte containing a scattering material, and can control the permeability according to the amount of the scattering material, and exhibit excellent photoelectrochemical characteristics than the conventional electrolyte solution.
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 One
(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. 제조된 양극에 드릴을 이용하여 두개의 구멍을 형성하였다.(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. Two holes were formed in the prepared anode using a drill.
(3) 제조된 음극계 전극의 나노 산화물층과 양극계 전극의 백금층이 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 밀봉함하였다. (3) After the nano-oxide layer of the prepared cathode electrode and the platinum layer of the anode electrode face each other, a thermoplastic polymer layer having a thickness of about 60 µm made of SURLYN (manufactured by Du Pont) is formed, and then 130 ° C. It was put in the oven of and maintained for 2 minutes to attach and seal the two electrodes.
(4) 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 용 해시켜 액체 전해액을 제조하였다. 여기에 그린형광체(OSLAM SYLVANIA사 제조) 5 중량%를 첨가하여 총 함량이 100 중량%인 액체 전해질을 제조하였다. 제조된 전해액을 양극의 구멍으로 주입하고 구멍을 SURLYN(Du Pont사 제조)과 유리를 이용하여 밀봉하였다.(4) 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 solution. 5 wt% of the green phosphor (manufactured by OSLAM SYLVANIA) was added thereto to prepare a liquid electrolyte having a total content of 100 wt%. The prepared electrolyte was injected into the hole of the positive electrode, and the hole was sealed using SURLYN (manufactured by Du Pont) and glass.
실시예Example 2 2
상기 실시예 1에서 그린형광체 대신 지르코니아 5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 5% by weight of zirconia was used instead of the green phosphor.
실시예Example 3 3
상기 실시예 1에서 지르코니아 대신 타이타니아 5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that 5 wt% of titania was used instead of zirconia.
비교예Comparative example 1 One
상기 실시예 1에서 그린형광체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Except that the green phosphor was not used in Example 1 was carried out in the same manner as 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(Jsc), 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 (J 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 산란물질 포함 액체 전해질을 적용한 염료감응 태양전지는 종래 사용되었던 세라믹 파우더를 포함하지 않는 비교예 1의 염료감응 태양전지와 비교하여 전류밀도가 높아지고, 광전환효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the dye-sensitized solar cell to which the liquid electrolyte containing the scattering material of Examples 1 to 3 according to the present invention is applied is compared with the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1, which does not include the ceramic powder that was used in the prior art. It was confirmed that the current density is increased and the light conversion efficiency is improved.
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 산화물층120,220: 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 : 산란물질 포함 액체 전해질500: liquid electrolyte containing scattering material
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WO2012053779A2 (en) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 주식회사 동진쎄미켐 | High efficiency dye-sensitized solar cells and manufacturing method thereof |
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WO2012053779A3 (en) * | 2010-10-19 | 2012-08-30 | 주식회사 동진쎄미켐 | High efficiency dye-sensitized solar cells and manufacturing method thereof |
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