KR20110135465A - 겔형 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 겔형 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것으로서, 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜-폴리에틸렌글리콜(PEG-PPG-PEG) 블록 공중합체(block copolymer)를 포함하는 본 발명의 겔형 고분자 전해질 조성물은 전해질 누출 문제없이 낮은 결정성을 가짐으로써, 염료감응 태양전지에 적용시 전해액 주입구 막힘 현상을 가져오지 않아 전해액 주입이 용이하고 수명 특성을 향상시켜 높은 광전환 효율을 제공할 수 있으므로, 염료감응 태양전지의 전해질로서 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 낮은 결정성을 가져 우수한 수명 특성을 제공하는 겔형 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함함으로써 높은 광전환 효율을 갖는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로, 염료감응 태양전지는 염료 분자가 흡착된 반도체 산화물 미립자층을 포함한 광전극(음극), 백금 촉매를 포함한 대전극(양극) 및 산화-환원 전해질로 구성된다. 그 중 전해질은 태양전지의 광전효율과 내구성을 좌우하는 핵심요소로서 종래에는 주로 액상 전해질이 사용되어 왔다.
그러나, 액상 전해질은 휘발성 유기용매를 함유하기 때문에 유기용매의 휘발 및 누액 현상이 쉽게 발생하여 태양전지의 내구성, 즉 수명 특성을 저하시킨다는 문제점을 갖는다. 한편, 용매가 없는 고체 고분자 전해질도 사용되었으나, 고분자 전해질의 경우 액체 전해질에 비해 이온 전도도가 현저히 떨어져 염료감응 태양전지에 적용되어 광전환 효율을 저하시킨다는 단점이 있다.
이에, 전해질의 누출 문제를 해결하고 태양전지의 광전환 효율을 향상시키기 위해 준고체 상태의 비휘발성 이온성 겔 전해질을 염료감응 태양전지에 사용하는 기술이 개발되었다.
그러나, 기존의 겔형 전해질은 비교적 높은 결정성을 가져 전해액 주입구 막힘 현상을 일으키고 태양전지 내 전자의 확산을 저해시키는 단점이 있었기에, 보다 낮은 결정성을 가져 염료감응 태양전지에 유용하게 적용가능한 겔형 전해질의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 전해질 누출 문제없이 낮은 결정성을 가짐으로써, 염료감응 태양전지에 적용시 전해액 주입구 막힘 현상을 가져오지 않아 전해액 주입이 용이하고 수명 특성을 향상시켜 높은 광전환 효율을 제공할 수 있는 겔형 고분자 전해질 조성물, 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은
폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜-폴리에틸렌글리콜(PEG-PPG-PEG) 블록 공중합체(block copolymer)를 포함하는 겔형 고분자 전해질 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 겔형 고분자 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질 조성물은 무기 나노입자의 사용량을 줄일 수 있으면서 전해질 누출 문제없이 낮은 결정성을 가짐으로써, 염료감응 태양전지에 적용시 전해액 주입구 막힘 현상을 가져오지 않아 전해액 주입이 용이하고 수명 특성을 향상시켜 높은 광전환 효율을 제공할 수 있으므로, 염료감응 태양전지의 전해질로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1a 내지 1c는 각각 실시예 1a 및 1b에서 제조된 겔형 전해질, 및 기존의 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 2는 실시예 2에서 제조된, 다양한 무기 나노입자 첨가량을 갖는 겔형 고분자 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 3은 실시예 3에서 제조된, 다양한 분자량의 블록 공중합체를 갖는 겔형 고분자 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 4는 실시예 4에서 제조된, 다양한 요오드 농도를 갖는 겔형 고분자 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 5는 실시예 4에서 제조된 0.06 M 농도를 갖는 겔형 고분자 전해질 및 기존의 액상 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 장기 효율(long term test) 그래프이다.
도 2는 실시예 2에서 제조된, 다양한 무기 나노입자 첨가량을 갖는 겔형 고분자 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 3은 실시예 3에서 제조된, 다양한 분자량의 블록 공중합체를 갖는 겔형 고분자 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 4는 실시예 4에서 제조된, 다양한 요오드 농도를 갖는 겔형 고분자 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 광전변환 특성 그래프이다.
도 5는 실시예 4에서 제조된 0.06 M 농도를 갖는 겔형 고분자 전해질 및 기존의 액상 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 장기 효율(long term test) 그래프이다.
본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질 조성물은 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜-폴리에틸렌글리콜(PEG-PPG-PEG) 블록 공중합체(block copolymer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜-폴리에틸렌글리콜(PEG-PPG-PEG) 블록 공중합체는 바람직하게는 2000 내지 8000, 더욱 바람직하게는 2000 내지 4400의 수평균 분자량을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 사용되는 PEG-PPG-PEG 블록 공중합체는 바람직하게는 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
(PEG)l-(PPG)m-(PEG)n
상기 식에서,
l, m 및 n은 각각 독립적으로 5 내지 90% 범위의 몰분율, 바람직하게는 l은 5 내지 40%, m은 20 내지 90%, n은 5 내지 40% 범위의 몰분율을 나타내며, 이들의 합은 100%이다.
상기 PEG-PPG-PEG 블록 공중합체 이외에도, 본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질 조성물은 무기 나노입자 및/또는 할로겐 산화-환원쌍을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 무기 나노입자는 실리카(fumed silica, SiO2)가 적합하나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 통상적으로 사용되는 다양한 무기 나노입자를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용되는 무기 나노입자는 7 내지 15 nm, 바람직하게는 7 내지 12 nm의 직경을 가질 수 있으며, 전해질 조성물 총 중량 대비 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 7 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
무기 나노입자를 사용할 경우 이의 분산성을 향상시키기 위하여 통상적으로 사용되는 휘발성 유기용매가 적정량 사용될 수 있으며, 사용된 휘발성 유기용매는 태양전지 제조공정 중 전지 내부에 전해질 조성물 주입 후 건조를 통해 전해질 조성물로부터 휘발 제거된다.
본 발명에 사용되는 할로겐 산화-환원쌍은 요오드(I2)/요오드염이 적합하며, 상기 요오드염의 구체적인 예로는 요오드화리튬, 요오드화나트륨, 요오드화칼튬, 요오드화마그네슘, 요오드화구리, 요오드화규소, 요오드화망간, 요오드화바륨, 요오드화몰리브덴, 요오드화칼슘, 요오드화철, 요오드화세슘, 요오드화아연, 요오드화수은, 요오드화암모늄, 요오드화메틸, 요오드화메틸렌, 요오드화에틸, 요오드화에틸렌, 요오드화이소프로필, 요오드화이소부틸, 요오드화벤질, 요오드화벤조일, 요오드화알릴, 요오드화이미다졸리움, 요오드화 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 할로겐 산화-환원쌍은 전해질 조성물 총 중량 대비 20 내지 40 중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 특히 요오드의 경우 0.06 내지 0.2 몰농도(M)로 사용되는 것이 바람직하다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질 조성물은 가교제 및/또는 기타 첨가제를 통상적으로 사용되는 양으로 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 겔형 고분자 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지가 제공된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 염료 흡착된 반도체 산화물 미립자층을 포함한 광전극(음극), 백금 촉매를 포함한 대전극(양극), 및 상기 겔형 고분자 전해질을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시양태에 따르면, 염료감응 태양전지는 전도성 투명 기판 위에 산화티타늄 페이스트를 코팅하는 단계; 페이스트가 코팅된 기판을 소성하여 산화티타늄 박막을 형성하는 단계; 산화티타늄 박막이 형성된 기판을 염료가 용해된 혼합용액에 함침시켜 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극(광전극)을 형성하는 단계; 그 상부에 대전극이 형성된 제2의 유리기판을 구비하는 단계; 제2 유리기판 및 대전극을 관통하는 홀(hole)을 형성하는 단계; 상기 대전극 및 상기 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극 사이에 열가소성 고분자 필름을 두고, 가열 압착 공정을 실시하여 상기 대전극 및 산화티타늄 필름 전극을 접합시키는 단계; 상기 홀을 통하여 대전극과 산화티타늄 필름 전극 사이의 열가소성 고분자 필름에 본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질 조성물을 주입하는 단계; 및 상기 주입된 겔형 고분자 전해질 조성물을 건조시켜 겔형 고분자 전해질을 형성한 후 전해질 주입구를 실링하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 제법의 구체적인 조건은 통상적인 염료감응 태양전지의 제법에 근거하여 수행할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질 조성물은 무기 나노입자의 사용량을 줄일 수 있으면서 전해질 누출 문제없이 낮은 결정성을 가짐으로써, 염료감응 태양전지에 적용시 전해액 주입구 막힘 현상을 가져오지 않아 전해액 주입이 용이하고 수명 특성을 향상시켜 높은 광전환 효율을 제공할 수 있으므로, 염료감응 태양전지의 전해질로서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 겔형 전해질(본 발명의 블록 공중합체는 사용하지 않음)과 액체 전해질의 물성 비교 (
참조예
)
실시예 1a
Aerosil-200 (직경 12 nm)을 폴리에틸렌글리콜 (수평균 분자량 300)에 전해질 조성물 총 중량 대비 30 중량%의 양으로 분산시켜 전해질 조성물을 제조하였다.
실시예 1b
Aerosil-200 (직경 12 nm)과 Aerosil-300 (직경 7 nm)의 혼합물 30 중량%, 및 3-메톡시프로피오니트릴(MPN)에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.8 M), I2 (0.06 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 전해질:전해액의 중량비가 1:1이 되도록 혼합하여 전해질 조성물을 제조하였다.
염료감응 태양전지의 제조
통상적인 염료감응 태양전지 제조공정에 근거하되 하기 조건에 따라 염료-흡착된 TiO2 광전극, 백금 대전극, 및 상기 실시예 1a 또는 1b에서 제조된 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조하였다. 이때 상기 전해질 조성물을 유닛 셀(unit cell)에 주입한 후 80 ℃ 오븐에서 하룻밤 방치시켜 건조시킨 다음 전해질 주입구를 실링하였다.
광전극 : 12 ㎛
산란층 : 없음
염료 : ref. N719_E-Solar (0.5 mM) in EtOH
열가소성 고분자 필름 : Surlyn-두께 60 ㎛
제조된 염료감응 태양전지의 물성을 측정하여 하기 표 1a (실시예 1a의 경우) 및 표 1b (실시예 1b의 경우)에 나타내고, 각각의 광전변환 특성 그래프를 도 1a 및 1b에 나타내었다. 비교를 위해, 기존의 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)의 물성 및 광전변환 특성 그래프를 하기 표 1c 및 도 1c에 나타내었다. 이때, 기존의 액상 전해질로서, 3-메톡시프로피오니트릴(MPN)에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.8 M), I2 (0.06 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 사용하고, 액상 전해질 주입 후 바로 전해질 주입구를 실링한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
상기 표 1a 내지 1c 및 도 1a 내지 1c의 결과로부터 알 수 있듯이, 한 달간 1주일 간격으로 효율을 측정해 본 결과, 겔형 전해질은 효율이 우수하게 유지되는 등 우수한 수명 특성을 보이는 반면, 액체 전해질은 Jsc(단락전류)의 급격한 반감으로 효율이 저하되는 등 낮은 수명 특성을 나타내었다.
[실시예 2] 무기 나노입자 첨가량 변화에 따른 물성 비교
PEG-PPG-PEG 블록 공중합체 (수평균 분자량 2800, PEG: 5%, PPG: 90%, PEG: 5%의 몰분율을 갖는 공중합체)에 용해시킨 Aerosil-200 (직경 12 nm)과, 3-메톡시프로피오니트릴(MPN)에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.8 M), I2 (0.2 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 전해질:전해액의 중량비가 1:1이 되도록 혼합하여 전해질 조성물을 제조하였다. 이때 상기 Aerosil-200의 첨가량을 전해질 조성물 총 중량 대비 5, 6 및 7 중량%로 변화시켰다.
염료감응 태양전지의 제조
통상적인 염료감응 태양전지 제조공정에 근거하되 하기 조건에 따라 염료-흡착된 TiO2 광전극, 백금 대전극, 및 상기 실시예 2에서 제조된 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조하였다. 이때 상기 전해질 조성물을 유닛 셀(unit cell)에 주입한 후 80℃ 오븐에서 하룻밤 방치시켜 건조시킨 다음 전해질 주입구를 실링하였다.
광전극 : 8 ㎛
산란층 : 없음
염료 : ref. N719_E-Solar (0.5 mM) in EtOH
열가소성 고분자 필름 : Surlyn-두께 60 ㎛
제조된 염료감응 태양전지의 물성을 측정하여 하기 표 2a에 나타내고, 광전변환 특성 그래프를 도 2에 나타내었다. 참고로, 기존의 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)의 물성을 하기 표 2b에 나타내었다. 이때, 기존의 액상 전해질로서, 3-메톡시프로피오니트릴(MPN)에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.8 M), I2 (0.06 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 사용하고, 액상 전해질 주입 후 바로 전해질 주입구를 실링한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
상기 표 2a 및 도 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 무기 나노입자를 7 중량%로 포함하는 겔형 전해질 조성물을 사용한 경우가 가장 우수한 효율을 나타내었다. 참고로, 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)는 전도성 측면에서는 액상 전해질에 기인하여 확실히 우수하나, 장기 효율 측면에서는 본 발명에서 사용하는 겔형 전해질이 훨씬 유리하다.
[실시예 3] 블록 공중합체의 수평균 분자량 변화에 따른 물성 비교
PEG-PPG-PEG 블록 공중합체에 용해시킨 Aerosil-200 (직경 12 nm)과, 3-메톡시프로피오니트릴(MPN)에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.8 M), I2 (0.2 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 전해질:전해액의 중량비가 1:1이 되도록 혼합하여 전해질 조성물을 제조하였다. 이때 상기 블록 공중합체의 수평균 분자량을 2800, 4400 및 5800(수평균 분자량 2800의 경우 PEG: 5%, PPG: 90%, PEG: 5%의 몰분율을 갖는 공중합체, 수평균 분자량 4400 및 5800의 경우 PEG: 15%, PPG: 70%, PEG: 15%의 몰분율을 갖는 공중합체)으로 변화시켰으며, 수평균 분자량이 2800 및 4400인 경우는 Aerosil-200의 첨가량을 전해질 조성물 총 중량 대비 7 중량%로, 그리고 수평균 분자량이 5800인 경우는 Aerosil-200의 첨가량을 전해질 조성물 총 중량 대비 5 중량%로 조절하였다.
염료감응 태양전지의 제조
통상적인 염료감응 태양전지 제조공정에 근거하되 하기 조건에 따라 염료-흡착된 TiO2 광전극, 백금 대전극, 및 상기 실시예 3에서 제조된 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조하였다. 이때 상기 전해질 조성물을 유닛 셀(unit cell)에 주입한 후 80 ℃ 오븐에서 하룻밤 방치시켜 건조시킨 다음 전해질 주입구를 실링하였다.
광전극 : 12 ㎛
산란층 : 있음 (DJG2/ZrO2_5%)
염료 : ref. N719_E-Solar (0.5 mM) in EtOH
열가소성 고분자 필름 : Surlyn-두께 60 ㎛
제조된 염료감응 태양전지의 물성을 측정하여 하기 표 3에 나타내고, 광전변환 특성 그래프를 도 3에 나타내었다. 참고로, 기존의 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)의 물성 및 광전변환 특성 그래프를 함께 나타내었다. 이때, 기존의 액상 전해질로서, 3-메톡시프로피오니트릴(MPN)에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.8 M), I2 (0.2 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 사용하고, 액상 전해질 주입 후 바로 전해질 주입구를 실링한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
상기 표 3 및 도 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 수평균 분자량이 2800인 블록 공중합체를 포함하는 겔형 전해질 조성물을 사용한 경우가 가장 우수한 효율을 나타내었다 (수평균 분자량이 5800인 블록 공중합체는 융점이 80 ℃이어서 상온에서 일부 고형화 가능성이 있음). 참고로, 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)는 전도성 측면에서는 액상 전해질에 기인하여 확실히 우수하나, 장기 효율 측면에서는 본 발명에서 사용하는 겔형 전해질이 훨씬 유리하다.
[실시예 4] 요오드의 농도 변화에 따른 물성 비교
PEG-PPG-PEG 블록 공중합체 (수평균 분자량 2800, PEG: 5%, PPG: 90%, PEG: 5%의 몰분율을 갖는 공중합체)에 용해시킨 Aerosil-200 (직경 12 nm) 7 중량%와, MeCN(아세토니트릴):VCN(발레로니트릴) 85:15(v/v) 혼합물에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.7 M), I2, 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 전해질:전해액의 중량비가 1:1이 되도록 혼합하여 전해질 조성물을 제조하였다. 이때 상기 요오드의 몰농도를 0.06, 0.2, 0.1 및 0.15 M으로 변화시켰다.
염료감응 태양전지의 제조
통상적인 염료감응 태양전지 제조공정에 근거하되 하기 조건에 따라 염료-흡착된 TiO2 광전극, 백금 대전극, 및 상기 실시예 4에서 제조된 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조하였다. 이때 상기 전해질 조성물을 유닛 셀(unit cell)에 주입한 후 80 ℃ 오븐에서 하룻밤 방치시켜 건조시킨 다음 전해질 주입구를 실링하였다.
광전극 : 12 ㎛
산란층 : 있음 (DJG2/ZrO2_5%)
염료 : ref. N719_E-Solar (0.5 mM) in EtOH
열가소성 고분자 필름 : Surlyn-두께 60 ㎛
제조된 염료감응 태양전지의 물성을 측정하여 하기 표 4에 나타내고, 광전변환 특성 그래프를 도 4에 나타내었다. 참고로, 기존의 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)의 물성 및 광전변환 특성 그래프를 함께 나타내었다. 이때, 기존의 액상 전해질로서, MeCN(아세토니트릴):VCN(발레로니트릴) 85:15(v/v) 혼합물에 용해시킨 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이드 (PMII, O.7 M), I2 (0.06 M), 구아니디움 티오시아네이트 (GSCN, 0.05 M) 및 tert-부틸피리딘(TBP, 0.5 M)의 혼합용액을 사용하고, 액상 전해질 주입 후 바로 전해질 주입구를 실링한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
상기 표 4 및 도 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 요오드를 0.15M로 포함하는 겔형 전해질 조성물을 사용한 경우가 가장 우수한 효율을 나타내었다. 참고로, 액상 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지(Ref)가 가장 우수한 효율을 나타내었으나, 장기 효율 측면에서는 본 발명에서 사용하는 겔형 전해질이 훨씬 유리하다.
한편, 이를 입증하고자, 실시예 4에서 제조된 0.15 M 농도를 갖는 겔형 고분자 전해질 및 기존의 액상 전해질을 각각 포함하는 염료감응 태양전지의 장기 효율(long term test)을 측정하여 도 5에 나타내었다. 도 5로부터, 기존 액상 전해질과 비교해 볼 때, 본 발명에 따른 겔형 고분자 전해질이 최초 효율은 떨어지나, 장기적인 측면에서 효율이 거의 그대로 우수하게 유지됨을 알 수 있다.
Claims (10)
- 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜-폴리에틸렌글리콜(PEG-PPG-PEG) 블록 공중합체(block copolymer)를 포함하는 겔형 고분자 전해질 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 블록 공중합체가 2000 내지 8000의 수평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 겔형 고분자 전해질 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 블록 공중합체가 하기 화학식 1로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 겔형 고분자 전해질 조성물:
[화학식 1]
(PEG)l-(PPG)m-(PEG)n
상기 식에서,
l, m 및 n은 각각 독립적으로 5 내지 90% 범위의 몰분율을 나타내며, 이들의 합은 100%이다. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물이 실리카를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 겔형 고분자 전해질 조성물. - 제4항에 있어서,
상기 실리카가 7 내지 15 nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 겔형 고분자 전해질 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물이 할로겐 산화-환원쌍을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 겔형 고분자 전해질 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 할로겐 산화-환원쌍이 요오드(I2)/요오드염인 것을 특징으로 하는 겔형 고분자 전해질 조성물. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 겔형 고분자 전해질 조성물로부터 유도된 겔형 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제8항에 있어서,
상기 태양전지가 염료 흡착된 반도체 산화물 미립자층을 포함한 광전극(음극), 백금 촉매를 포함한 대전극(양극), 및 상기 겔형 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. - 전도성 투명 기판 위에 산화티타늄 페이스트를 코팅하는 단계; 페이스트가 코팅된 기판을 소성하여 산화티타늄 박막을 형성하는 단계; 산화티타늄 박막이 형성된 기판을 염료가 용해된 혼합용액에 함침시켜 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극(광전극)을 형성하는 단계; 그 상부에 대전극이 형성된 제2의 유리기판을 구비하는 단계; 제2 유리기판 및 대전극을 관통하는 홀(hole)을 형성하는 단계; 상기 대전극 및 상기 염료가 흡착된 산화티타늄 필름 전극 사이에 열가소성 고분자 필름을 두고, 가열 압착 공정을 실시하여 상기 대전극 및 산화티타늄 필름 전극을 접합시키는 단계; 상기 홀을 통하여 대전극과 산화티타늄 필름 전극 사이의 열가소성 고분자 필름에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 겔형 고분자 전해질 조성물을 주입하는 단계; 및 상기 주입된 겔형 고분자 전해질 조성물을 건조시켜 겔형 고분자 전해질을 형성한 후 전해질 주입구를 실링하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
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| KR1020100055195A KR20110135465A (ko) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 겔형 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 |
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| KR1020100055195A KR20110135465A (ko) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 겔형 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 |
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| KR20230026239A (ko) * | 2021-08-17 | 2023-02-24 | 고려대학교 세종산학협력단 | 삼중블록공중합체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 |
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2011
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| KR20230026239A (ko) * | 2021-08-17 | 2023-02-24 | 고려대학교 세종산학협력단 | 삼중블록공중합체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 |
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