KR20120005782A - Dye sensitized solar cell comprising counter electrode having mesoporous carbon electrode deposited on transparent substrate and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 투명기판 상에 메조포러스 탄소전극이 형성된 상대전극을 포함하는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 염료감응형 태양전지의 상대전극에서 값비싼 백금층을 대체하여 정렬된 큰 기공을 갖는 메조포러스 탄소촉매로 메조포러스 탄소전극을 형성함으로써 제조비용 단가를 낮출 수 있으며, 종래의 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율과 대등한 광전변환 효율을 나타낼 수 있는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a dye-sensitized solar cell including a counter electrode having a mesoporous carbon electrode formed on a transparent substrate, and a method of manufacturing the same. More specifically, the platinum layer is expensive in a counter electrode of a conventional dye-sensitized solar cell. By forming a mesoporous carbon electrode with a mesoporous carbon catalyst having a large pore aligned in place, the manufacturing cost can be reduced, and the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell can be comparable with that of the conventional dye-sensitized solar cell. It relates to a dye-sensitized solar cell and a manufacturing method thereof.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다. Recently, the importance of developing the next generation of clean energy is increasing due to serious environmental pollution and depletion of fossil energy. Among them, the solar cell is a device that directly converts solar energy into electrical energy, and is expected to be an energy source capable of solving future energy problems due to its low pollution, infinite resources, and a semi-permanent lifetime.
이와 같은 태양전지를 물질별로 크게 구분하면 무기물 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기물 태양전지(organic solar cell)가 있다.The solar cells are classified by materials into inorganic solar cells, dye-sensitized solar cells, and organic solar cells.
무기물 태양전지로서 단결정 실리콘이 주로 사용되고 있고, 이러한 단결정 실리콘계 태양전지는 박막형 태양전지로 제조될 수 있는 장점을 가지나, 많은 비용이 소요되고, 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다. Single crystal silicon is mainly used as an inorganic solar cell, and such single crystal silicon-based solar cell has an advantage of being manufactured as a thin-film solar cell, but has a problem of high cost and low stability.
염료감응형 태양전지는 기존의 p-n 접합에 의한 실리콘 태양전지와는 달리, 가시광선의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응형 태양전지는 기존 실리콘을 기반으로 하는 태양 전지와 비교했을 때 빛과 열에 대한 장시간 노출에도 견딜 수 있으며, 저렴하고 용이하게 에너지를 생산할 수 있다.Dye-sensitized solar cells, unlike conventional silicon solar cells by pn junctions, transfer photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs, and generated electrons. A photoelectrochemical solar cell using a transition metal oxide as a main component material. Dye-sensitized solar cells can withstand long-term exposure to light and heat, compared to conventional silicon-based solar cells, and can produce energy inexpensively and easily.
지금까지 알려진 염료감응형 태양전지 중 대표적인 예로서 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있다(미국등록특허 제4,927,721호 및 제5,350,644호). 그라첼 등에 의해 제안된 염료감응형 태양전지는 염료 분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극과, 백금 또는 탄소가 코팅된 상대 전극과, 이들 전극 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성되어 있다. 이 광전기화학적 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하여 주목받아 왔다. 이러한 그라첼이 개발한 염료감응형 태양전지 기술은 값비싼 실리콘 태양 전지의 저렴한 대안으로 유망하다는 사실을 보여 주었다. As a representative example of dye-sensitized solar cells known so far, there are those published by Gratzel et al. (S. Patent Nos. 4,927,721 and 5,350,644). The dye-sensitized solar cell proposed by Gratzel et al. Consists of a semiconductor electrode composed of nanoparticle titanium dioxide (TiO 2 ) coated with dye molecules, a counter electrode coated with platinum or carbon, and an electrolyte solution filled between these electrodes. have. This photoelectrochemical solar cell has attracted attention due to the low manufacturing cost per power compared to the conventional silicon solar cell. The dye-sensitized solar cell technology developed by Gratzel has proved to be promising as an inexpensive alternative to expensive silicon solar cells.
상술한 바와 같이 염료감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양 전지에 비해 제조 단가가 저렴하고 투명한 전극으로 인해 건물 외벽 유리창이나 유리 온실 등에 응용이 가능하다는 이점이 있으나, 광전변환 효율이 낮아서 실제 적용에는 제한이 있는 상황이다.As described above, the dye-sensitized solar cell has the advantage that the manufacturing cost is lower than that of the conventional silicon solar cell, and the transparent electrode is applicable to the glass wall or the glass greenhouse of the building's outer wall, but the photoelectric conversion efficiency is low, so the practical application is limited. This is the situation.
현재까지는 광전극 및 전해질에 관한 연구 개발을 중심으로 염료감응형 태양전지의 효율 향상이 이루어져 왔다. 특히, 광전극에 관한 연구가 활발히 이루어져 왔는데 광전극에 관한 연구 개발은 저가의 고효율 염료 개발, 산화티타늄 층의 광화학 특성 최적화(결정 구조 및 모폴로지(morphology) 등), 전자 재결합(charge recombination) 방지 등으로 크게 구분할 수 있다.Up to now, the efficiency improvement of dye-sensitized solar cells has been made mainly by research and development on photoelectrode and electrolyte. In particular, research on photoelectrodes has been actively conducted. The research and development on photoelectrodes includes development of low-cost, high-efficiency dyes, optimization of photochemical properties of titanium oxide layers (such as crystal structure and morphology), and prevention of charge recombination. It can be divided into
상대전극에 관한 연구는 최근 들어 시작되었으며, 그 예로, Hauch와 Georg는 다양한 방법으로 전도성 유리기판 위에 백금 촉매층을 적층하고 효율을 비교하였다(A. Hauch and A. Georg, Electrochimica Acta 46, 3457, 2001). 이들은 전도성 유리기판 위에 다양한 두께의 백금 촉매층을 직류 자전관 스퍼터링(DC magnetron sputtering), 전자빔 증발법(electron beam evaporation), 열분해법(thermal decomposition)을 이용하여 적층하고, 교류 임피던스 분석법을 이용하여 전해질/전극 계면에서의 전자이동저항을 측정하였다. 실험 결과, I- 이온으로부터 백금층으로의 전자전달이 염료감응형 태양전지의 상대전극 계면에서의 반응속도 결정단계임을 알 수 있었다.Research on counter electrodes has recently begun, for example, Hauch and Georg have stacked platinum catalyst layers on conductive glass substrates and compared their efficiencies in various ways (A. Hauch and A. Georg, Electrochimica Acta 46, 3457, 2001). ). They deposit platinum catalyst layers of varying thickness on conductive glass substrates using DC magnetron sputtering, electron beam evaporation, and thermal decomposition, and use electrolyte / electrodes using alternating current impedance analysis. The electron transfer resistance at the interface was measured. As a result, the electron transfer from the I - ion to the platinum layer was found to determine the reaction rate at the interface of the counter electrode of the dye-sensitized solar cell.
상술한 바와 같이 종래의 염료감응형 태양전지의 상대전극에서는 백금 촉매층을 증착시켜 제조하였으나, 상대전극에 백금 촉매층을 형성시키는 경우 제조단가가 상승되며 I-/I3 - 산화환원 전해질 내로 백금이 용해되는 문제점이 있다.The counter electrode of conventional dye-sensitized solar cell as described above was prepared by depositing a platinum catalyst layer, and the manufacturing cost increases, and the case of forming a platinum catalyst layer on the counter electrode I - / I 3 - platinum is dissolved into the redox electrolyte There is a problem.
최근 염료감응형 태양전지의 상대전극에서 백금 촉매층을 대체할 수 있는 높은 표면적을 가지는 다양한 탄소 물질이 공개된 바 있다((a) A. Kay, M. Gr, Sol . Energy Mater . Sol . Cells 1996, 44, 99; (b) K. Imoto, K. Takahashi, T. Yamaguchi, T. Komura, J. Nakamura, K. Murata, Sol . Energy Mater . Sol . Cells 2003, 79, 459; (c) T. N. Murakami, S. Ito, Q. Wang, M. K. Nazeeruddin, T. Bessho, I. Cesar, P. Liska, R. H. Bakar, P. Comte, P. Pechy, M. Gr, J. Electrochem. Soc . 2006, 153, A2255.)Recently a variety of carbon materials having a high surface area that can be substituted for the platinum catalyst in the counter electrode of the dye-sensitized solar cell, the open bar ((a) A. Kay, M. Gr, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1996 , 44, 99; (b) K. Imoto, K. Takahashi, T. Yamaguchi, T. Komura, J. Nakamura, K. Murata, Sol Energy Mater Sol Cells 2003, 79, 459;... (c) TN Murakami, S. Ito, Q. Wang, MK Nazeeruddin, T. Bessho, I. Cesar, P. Liska, RH Bakar, P. Comte,. P. Pechy, M. Gr, J. Electrochem Soc. 2006, 153, A2255.)
그러나, 상기 탄소 물질들에서 정렬되지 않은 마이크로 기공들에는 산화환원 전해질의 함침이 용이하지 않기 때문에 촉매역할을 수행하기 위해서는 탄소 물질들을 수십 마이크로미터 두께로 증착시켜야 하기 때문에 전자 전달에 제한이 있어 광전변환 효율이 낮은 문제점이 있었다.However, the micropores that are not aligned in the carbon materials are not easy to impregnate the redox electrolyte, so the carbon material must be deposited to a thickness of several tens of micrometers in order to perform the catalytic role. There was a problem of low efficiency.
본 발명자들은 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 제조단가를 낮출 수 있는 연구를 거듭하였고, 그 결과 염료감응형 태양전지의 상대전극에 큰 기공을 갖는 잘 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 탄소전극을 형성하여 제조하는 경우 종래의 백금 촉매층이 형성된 상대전극을 포함하여 구성된 염료감응형 태양전지와 대등한 광전변환 효율을 나타낼 수 있으며 제조단가를 낮출 수 있는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors have repeatedly studied to improve the photoelectric conversion efficiency of dye-sensitized solar cells and to reduce manufacturing costs, and as a result, well-aligned mesoporous carbon having large pores in the counter electrode of the dye-sensitized solar cell. Dye-sensitized solar cell having a carbon electrode formed using an electrode catalyst can exhibit photoelectric conversion efficiency comparable to a dye-sensitized solar cell including a counter electrode having a conventional platinum catalyst layer and can reduce manufacturing cost. The battery and its manufacturing method have been developed to complete the present invention.
본 발명의 목적은 우수한 광전변환 효율을 나타낼 수 있으며 제조단가를 낮출 수 있는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same that can exhibit excellent photoelectric conversion efficiency and lower the manufacturing cost.
본 발명의 다른 목적은 염료감응형 태양전지에서 종래의 백금 촉매층이 형성된 상대전극을 대체할 수 있는 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소를 사용하여 탄소전극이 형성된 염료감응형 태양전지의 상대전극을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a counter electrode of a dye-sensitized solar cell in which a carbon electrode is formed using aligned mesoporous carbon having large pores that can replace the counter electrode on which a conventional platinum catalyst layer is formed. It is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 작동전극 및 상대전극을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, 상기 상대전극은 투명기판에 형성된 메조포러스 탄소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a dye-sensitized solar cell comprising a working electrode and a counter electrode, the counter electrode comprises a mesoporous carbon electrode formed on a transparent substrate. To provide.
또한, 본 발명은 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 메조포러스 탄소전극을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 1); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판 상에 나노 산화물층을 형성하고 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 1에서 제조된 상대전극과 단계 2에서 제조된 작동전극을 대향시켜 접합시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 3)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a counter electrode by forming a mesoporous carbon electrode on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step 1); Forming a nano oxide layer on a transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed and adsorbing a dye to prepare a working electrode (step 2); And it provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a step (step 3) of injecting an electrolyte after bonding the counter electrode prepared in
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메조포러스 탄소전극은 4∼22 nm의 기공이 상호연결된 구조를 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 형성될 수 있고, 상기 메조포러스 탄소 전극촉매는 비정질의 탄소벽을 가지는 것이 바람직하다.In one embodiment of the invention, the mesoporous carbon electrode can be formed using an ordered mesoporous carbon electrode catalyst having a structure of interconnecting pores of 4 to 22 nm, the mesoporous carbon electrode catalyst is amorphous It is preferable to have a carbon wall of.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극은 투명기판 상에 형성된 나노 산화물층에 루테늄계 염료가 흡착되어 제조된 전극일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the working electrode may be an electrode prepared by adsorbing a ruthenium-based dye on the nano oxide layer formed on a transparent substrate.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 염료감응형 태양전지는 액상 전해질 또는 반고체 전해질을 포함하여 제조될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the dye-sensitized solar cell may be prepared including a liquid electrolyte or a semi-solid electrolyte.
본 발명은 염료감응형 태양전지의 상대전극에 큰 기공을 갖는 잘 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 탄소 전극을 형성하여 제조함으로써 종래의 백금 촉매층이 형성된 상대전극을 포함하여 구성된 염료감응형 태양전지와 대등한 광전변환 효율을 나타낼 수 있으며 제조단가를 낮출 수 있는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell including a counter electrode having a conventional platinum catalyst layer formed by forming a carbon electrode using a well-aligned mesoporous carbon electrode catalyst having large pores on a counter electrode of a dye-sensitized solar cell. The present invention can provide a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same, which can exhibit a photoelectric conversion efficiency comparable to a battery and can lower manufacturing costs.
도 1은 염료감응형 태양전지의 상대전극과 작동전극 사이에서 트리-아이오다이드(I3 -)의 환원반응에 의한 전류의 발생 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 메조포러스 탄소전극을 형성하는 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매의 용이한 분산성 및 I3 - 이온의 환원반응을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 상대전극을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 작동전극을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 상대전극과 작동전극을 결합시켜 밀봉된 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매에 대해 고해상 투과 전자 현미경 사진을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 시험예 1에서 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해 전류밀도-전압 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 시험예 1에서 실시예 2 및 비교예 4 내지 비교예 6에서 제조한 염료감응형 태양전지에 대해 전류밀도-전압 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1, 21 : 투명 기판 2, 22 : 투명 전도성 산화물층
3, 23 : 테두리층 4 : 염료가 흡착된 나노산화물층
5 : 접합부 10 : 작동전극
20 : 상대전극 25 : 메조포러스 탄소전극
40 : 염료감응 태양전지1 is a view schematically showing the principle of the generation of current by the reduction reaction of tri- iodide (I 3 − ) between the counter electrode and the working electrode of the dye-sensitized solar cell.
FIG. 2 is a schematic diagram showing easy dispersibility and reduction of I 3 − ions of an aligned mesoporous carbon electrocatalyst having large pores forming a mesoporous carbon electrode in the present invention.
3 is a view schematically showing a counter electrode of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
4 is a view schematically showing the working electrode of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.
5 is a side cross-sectional view showing a sealed state by coupling a counter electrode and a working electrode according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph taken with a high resolution transmission electron micrograph of the aligned mesoporous carbon electrode catalyst prepared in Example 1 of the present invention.
7 is a graph showing the results of measuring the current density-voltage characteristics of the dye-sensitized solar cells prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 in Test Example 1 of the present invention.
8 is a graph showing the results of measuring the current density-voltage characteristics of the dye-sensitized solar cells prepared in Example 2 and Comparative Examples 4 to 6 in Test Example 1 of the present invention.
1, 21:
3, 23: border layer 4: dye-adsorbed nano oxide layer
5: junction 10: working electrode
20
40: Dye-Sensitized Solar Cell
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명은 작동전극 및 상대전극을 포함하는 염료감응형 태양전지로서, 상기 상대전극은 투명기판에 형성된 메조포러스 탄소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 제공한다.The present invention provides a dye-sensitized solar cell comprising a working electrode and a counter electrode, wherein the counter electrode includes a mesoporous carbon electrode formed on a transparent substrate.
도 1은 염료감응형 태양전지의 상대전극과 작동전극 사이에서 트리-아이오다이드(I3 -)의 환원반응에 의한 전류의 발생 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 나타난 바와 같이 작동전극에서의 산화된 염료는 I- 이온으로부터 전자를 수용하고 I3 - 이온은 상대전극에서 I- 이온으로 환원된다.1 is a view schematically showing the principle of the generation of current by the reduction reaction of tri- iodide (I 3 − ) between the counter electrode and the working electrode of the dye-sensitized solar cell. As shown in FIG. 1, the oxidized dye at the working electrode receives electrons from I − ions and I 3 − ions are reduced to I − ions at the counter electrode.
본 발명에서는 염료감응형 태양전지의 상대전극으로 투명기판에 형성된 메조포러스 탄소전극을 포함하여 구성된 상대전극을 사용하며, 상기 투명기판에 형성된 메조포러스 탄소전극은 I3 - 이온의 환원반응을 향상시켜 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.In the present invention, a counter electrode including a mesoporous carbon electrode formed on a transparent substrate is used as a counter electrode of a dye-sensitized solar cell, and the mesoporous carbon electrode formed on the transparent substrate improves the reduction reaction of I 3 - ions. The photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved.
본 발명에서는 메조포러스 탄소전극을 형성하여 I3 - 이온의 환원반응을 향상시킬 수 있는 물질로서 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매(ordered large pore sized mesoporous carbon electrocatalyst)를 사용하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, an ordered mesoporous carbon electrocatalyst having large pores is used as a material capable of forming a mesoporous carbon electrode and improving the reduction reaction of I 3 - ions. do.
도 2는 메조포러스 탄소전극을 형성하는 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매의 용이한 분산성 및 I3 - 이온의 환원반응을 나타내는 개략적인 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram showing the easy dispersibility of an ordered mesoporous carbon electrocatalyst with large pores forming a mesoporous carbon electrode and the reduction of I 3 − ions.
상기 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매는 4∼22 nm의 기공이 상호연결된 구조를 갖으며, 비정질의 탄소벽을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.The aligned mesoporous carbon electrocatalyst having the large pores has a structure in which the pores of 4 to 22 nm are interconnected, and an amorphous carbon wall is preferably used.
상기 메조포러스 탄소 전극촉매는 기공이 상호연결된 구조를 가짐으로써 산화환원 종의 분산을 용이하게 하며, 비정질의 탄소벽을 가짐으로써 I3 - 이온의 환원반응에 대한 촉매 반응부를 제공하여 본 발명의 염료감응형 태양전지의 상대전극에서 I3 - 이온의 환원반응을 향상시킬 수 있다.The mesoporous carbon electrocatalyst has a structure in which the pores are interconnected to facilitate the dispersion of redox species, and has an amorphous carbon wall to provide a catalytic reaction portion for the reduction reaction of I 3 - ions, thereby providing a dye of the present invention. It is possible to improve the reduction reaction of I 3 - ions at the counter electrode of the sensitized solar cell.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극은 투명기판 상에 형성된 나노 산화물층에 염료가 흡착되어 제조된 전극을 사용할 수 있으며, 상기 투명 기판으로는 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판을 사용할 수 있으며, 염료로는 루테늄계 염료를 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the working electrode may be an electrode prepared by dye is adsorbed on the nano-oxide layer formed on the transparent substrate, the transparent substrate may be a glass substrate or a transparent plastic substrate, As the dye, ruthenium-based dyes may be used.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 나노 산화물층은 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하여 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nano oxide layer may be formed by applying a coating composition containing titanium dioxide.
본 발명에서 상기 작동전극은 염료감응형 태양전지에서 일반적으로 사용되는 작동전극으로서 상술한 방법 이외의 다른 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있음은 물론이다.In the present invention, the working electrode can be used as a working electrode generally used in dye-sensitized solar cells manufactured by a method other than the above-described method.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지에서 전해질로는 액상의 전해질 또는 3차원 고분자 겔 매트릭스에 액상 전해질이 함침된 반고체 전해질을 사용할 수 있다. 상기 액상의 전해질 또는 반고체 전해질은 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 액상의 전해질 또는 반고체 전해질을 제한없이 사용할 수 있다.In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the electrolyte may be a liquid electrolyte or a semi-solid electrolyte impregnated with a liquid electrolyte in a three-dimensional polymer gel matrix. The liquid electrolyte or semi-solid electrolyte may be used without limitation, a liquid electrolyte or a semi-solid electrolyte commonly known in the art.
또한, 본 발명은 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 메조포러스 탄소전극을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 1); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판 상에 나노 산화물층을 형성하고 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 1에서 제조된 상대전극과 단계 2에서 제조된 작동전극을 대향시켜 접합시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 3)를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a counter electrode by forming a mesoporous carbon electrode on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step 1); Forming a nano oxide layer on a transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed and adsorbing a dye to prepare a working electrode (step 2); And it provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a step (step 3) of injecting an electrolyte after bonding the counter electrode prepared in
하기에서 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 메조포러스 탄소전극을 형성하여 상대전극을 제조한다(단계 1).First, a counter electrode is manufactured by forming a mesoporous carbon electrode on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step 1).
도 3은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 상대전극을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically showing a counter electrode of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 3을 참조하면, 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판과 같은 투명 기판(21) 상에 투명 전도성 산화물층(22)을 증착시킨 후, 이에 메조포러스 탄소전극(25)을 형성하여 상대전극(20)을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 3, after the transparent
상기 투명 전도성 산화물층(22)은 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등을 사용하여 상기 투명 기판(21) 상에 증착될 수 있다.The transparent
상기 메조포러스 탄소전극(25)은 상술한 바와 같이 4∼22 nm의 기공이 상호연결된 구조를 갖으며, 비정질의 탄소벽을 가지는 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 형성될 수 있다.The
다음으로, 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판 상에 나노 산화물층을 형성하고 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조한다(단계 2).Next, a nano oxide layer is formed on a transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and dye is adsorbed to prepare a working electrode (step 2).
도 4는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 작동전극을 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a view schematically showing the working electrode of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 4를 참조하면, 상기 단계 1에서 설명한 바와 동일하게 투명 전도성 산화물층(2)이 형성된 투명 기판(1)에 염료가 흡착된 나노산화물층(4)을 형성하여 작동전극(10)을 제조할 수 있다. 보다 상세하게는 투명 전도성 산화물층(2)이 형성된 투명 기판(1)에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하여 나노산화물층을 형성한 후, 상기 기판을 루테늄계 염료가 포함된 용액에 침지시킴으로써 상기 나노산화물층에 염료를 흡착시켜 작동전극(10)을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 4, the operating
마지막으로, 상기 단계 1에서 제조된 상대전극과 단계 2에서 제조된 작동전극을 대향시켜 접합시킨 후 전해액을 주입하여 본 발명의 염료감응형 태양전지를 제조한다(단계 3).Finally, the counter electrode manufactured in
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 상대전극(20)과 작동전극(10)을 대향시켜 접합시킨 후 상대전극(20) 또는 작동전극(10)에 미세 홀을 형성하여 전해액을 주입한 후, 상기 구멍을 고분자 수지를 이용하여 밀봉함으로써 염료감응형 태양전지(40)를 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the
상술한 방법에 따라 본 발명의 염료감응형 태양전지를 제조하는 경우 종래의 백금 촉매층이 형성된 상대전극을 포함하여 구성된 염료감응형 태양전지와 대등한 광전변환 효율을 나타낼 수 있으며, 백금 촉매층을 대체하여 큰 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 탄소전극을 사용함으로써 제조단가를 낮출 수 있다. 이러한 효과는 하기에서 보다 상세히 설명한다.When manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present invention according to the above-described method can exhibit a photoelectric conversion efficiency comparable to the dye-sensitized solar cell comprising a counter electrode formed with a conventional platinum catalyst layer, replacing the platinum catalyst layer The manufacturing cost can be reduced by using a carbon electrode using an aligned mesoporous carbon electrode catalyst having large pores. This effect is explained in more detail below.
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.
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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 열처리하여, 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′-디카르복실레이트와 0.2 mM의 인산리튬(Li3PO4)이 에탄올에 녹아있는 염료용액을 제조하였다. 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 24시간 동안 담지한 후 건조시켜 나노크기의 금속 산화물에 염료 및 인산이온을 흡착시켜 작동전극을 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 a doctor blade method, and heat-treated at 500 ℃ for 30 minutes, so that the contact and filling between nano-sized metal oxide is made to about 8 ㎛ A thick nano oxide layer 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 dye solution in which 0.2
(2) 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명전도성 산화물층 상부에 22 nm의 기공을 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 용해시킨 용액을 떨어뜨린 후, 450 ℃에서 30분 동안 열처리하여 메조포러스 탄소전극을 형성시켜 상대전극을 제조하였다.(2) A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. A counter electrode was prepared by dropping a solution in which an aligned mesoporous carbon electrode catalyst having 22 nm pores was dissolved on the transparent conductive oxide layer of the substrate, followed by heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes to form a mesoporous carbon electrode. It was.
(3) 제조된 작동전극의 나노 산화물층과 상대전극의 메조포러스 탄소전극이 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 밀봉하였다. 다음으로, 작동전극과 상대전극을 관통하는 미세 홀을 형성하고 이 홀을 통해 두 전극 사이의 공간에 전해질 용액을 주입한 다음, 다시 홀의 외부를 접착제로 밀봉하여 본 발명의 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 여기서, 전해질 용액은 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile) 용매에 0.1M LiI, 0.05M I2, 0.5M 4-터트-부틸피리딘(4-tert-butylpyridine)과 이온성액체인 0.6M 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 아이오다이드(1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium iodide)를 녹여서 제조하였다. (3) After the nano-oxide layer of the working electrode and the mesoporous carbon electrode of the counter electrode are opposed to 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 the two electrodes were sealed. Next, by forming a fine hole penetrating the working electrode and the counter electrode and injecting the electrolyte solution into the space between the two electrodes through the hole, and then again sealed the outside of the hole with an adhesive to the dye-sensitized solar cell of the present invention Prepared. Here, the electrolyte solution is 0.1M LiI, 0.05MI 2 , 0.5M 4-tert-butylpyridine in a 3-Methoxypropionitrile solvent and 0.6
비교예Comparative example 1 One
상대 전극 제조시 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판에 Vulcan XC 72 카본블랙을 사용하여 탄소전극을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a carbon electrode was formed on a transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed by forming a counter electrode using Vulcan XC 72 carbon black. Prepared.
비교예Comparative example 2 2
상대 전극 제조시 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판에 실리카 주형을 사용하여 중형기공성 탄소 재료인 CMK-3 탄소를 사용하여 탄소전극을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.Example 1 except that a carbon electrode was formed using a CMK-3 carbon, which is a medium-porous carbon material, by using a silica mold on a transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed. In the same manner to prepare a dye-sensitized solar cell.
비교예Comparative example 3 3
상대 전극 제조시 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판에 육염화백금산(H2PtCl6)을 열 증착시켜 상대전극을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.Dyeing was performed in the same manner as in Example 1 except that the counter electrode was formed by thermal evaporation of platinum hexachloride (H 2 PtCl 6 ) on a transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed. A sensitized solar cell was prepared.
실시예Example 2 2
전해질로서 실리카 입자를 이미다졸계 이온성 액체와 혼합한 유무기 복합 겔형 전해질을 적용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that an organic-inorganic composite gel electrolyte in which silica particles were mixed with an imidazole-based ionic liquid was applied.
비교예Comparative example 4 4
상대 전극 제조시 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판에 Vulcan XC 72 카본블랙을 사용하여 탄소전극을 형성한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that a carbon electrode was formed on a transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed using a counter electrode. Prepared.
비교예Comparative example 5 5
상대 전극 제조시 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판에 실리카 주형을 사용하여 중형기공성 탄소 재료인 CMK-3 탄소를 사용하여 탄소전극을 형성한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.Example 2 except that a carbon electrode was formed using a CMK-3 carbon, a medium-porous carbon material, using a silica mold on a transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed. In the same manner to prepare a dye-sensitized solar cell.
비교예Comparative example 6 6
상대 전극 제조시 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판에 육염화백금산(H2PtCl6)을 열 증착시켜 상대전극을 형성한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 수행하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다.Dyeing was performed in the same manner as in Example 2 except that the counter electrode was formed by thermal evaporation of platinum hexachloride (H 2 PtCl 6 ) on a transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed. A sensitized solar cell was prepared.
시험예Test Example
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 6에서 제조한 염료감응형 태양전지의 광전변환 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 광전변환 효율(η)을 하기 수학식 1로 계산하여 표 1 및 표 2에 나타내었으며, 전류밀도-전압 특성을 그래프로 작성하여 도 7 및 도 8에 나타내었다.In order to evaluate the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells prepared in Examples 1, 2 and Comparative Examples 1 to 6 by measuring the optical voltage and photocurrent by the following method to observe the photoelectric characteristics By using the current density (J sc ), the voltage (V oc ), and the filling factor (ff factor) obtained through this, the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated by
이때, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양조건(AM 1.5G)은 표준 태양전지를 사용하여 보정하였다.At this time, a xenon lamp (Oriel) was used as the light source, and the solar condition (AM 1.5G) of the xenon lamp was corrected using a standard solar cell.
[수학식 1][Equation 1]
η(%) = (Voc × Jsc × ff) / (Pine)η (%) = (V oc × J sc × ff) / (P ine )
상기 수학식 1에서, (Pine)는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다. In
상기와 같이 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다. The values measured as above are shown in Table 1 below.
(nm)Pore size
(nm)
(m2.g-1)BET surface area
(m 2 .g -1 )
(nm)Pore size
(nm)
(m2.g-1)BET surface area
(m 2 .g -1 )
* 상기 BET 표면적은 질소 흡착 방법에 의해 계산된 것임.* The BET surface area is calculated by the nitrogen adsorption method.
표 1을 참조하면, 상대전극에 각기 다른 탄소물질을 사용하여 탄소전극을 형성한 비교예 1 및 비교예 2는 본 발명에 따라 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 상대 전극에 탄소전극을 형성한 실시예 1에 비해 전극의 전하 이동 저항(RCT)이 매우 높은 수치를 나타내었고, 상대전극에 백금 촉매층이 형성된 비교예 3에 비해 전하 이동 저항(RCT)이 약간 높게 나타났다. 도 7을 참조하면 각기 다른 탄소물질을 사용하여 탄소전극을 형성한 비교예 1 및 비교예 2의 전하 이동 저항(RCT)이 매우 높은 수치를 나타내고 이에 따라 높은 충진계수를 나타냄으로써 본 발명에 따라 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 상대 전극에 탄소전극을 형성한 실시예 1에 비해 광전변환 효율이 떨어짐을 알 수 있다.Referring to Table 1, Comparative Examples 1 and 2, in which carbon electrodes are formed using different carbon materials on the counter electrode, form the carbon electrodes on the counter electrode using mesoporous carbon electrode catalysts aligned according to the present invention. Compared to Example 1, the charge transfer resistance (R CT ) of the electrode was very high, and the charge transfer resistance (R CT ) was slightly higher than that of Comparative Example 3 in which the platinum catalyst layer was formed on the counter electrode. Referring to FIG. 7, the charge transfer resistance (R CT ) of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, in which carbon electrodes are formed using different carbon materials, has a very high value and accordingly, a high filling coefficient according to the present invention. It can be seen that the photoelectric conversion efficiency is lower than that of Example 1 in which the carbon electrodes are formed on the counter electrode using the aligned mesoporous carbon electrode catalyst.
표 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 염료감응형 태양전지는 상대전극에 각기 다른 탄소물질을 사용하여 탄소전극을 형성한 비교예 1 및 비교예 2의 염료감응형 태양전지에 비해 약 21% 광전변환 효율이 향상되었음을 알 수 있고, 상대전극에 백금 촉매층이 형성된 비교예 3의 염료감응형 태양전지와 거의 대응한 광전변환 효율을 나타냄을 알 수 있다.Referring to Table 1 and Figure 7, the dye-sensitized solar cell prepared according to the present invention in the dye-sensitized solar cells of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which the carbon electrode is formed using a different carbon material on the counter electrode It can be seen that the photoelectric conversion efficiency is improved by about 21%, and the photoelectric conversion efficiency is almost equivalent to that of the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 3 in which the platinum catalyst layer is formed on the counter electrode.
또한, 반고체 전해질을 적용한 실시예 2 및 비교예 4 내지 6의 광전 특성을 나타낸 표 2 및 도 8을 참조하면, 상기 표 1 및 도 7에서 검토한 결과와 유사하게 각기 다른 탄소물질을 사용하여 탄소전극을 형성한 비교예 4 및 비교예 5의 염료감응형 태양전지에 비해 약 30% 광전변환 효율이 향상되었음을 알 수 있고, 이는 점도가 높은 전해질이 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 용이하게 관통할 수 있음을 나타낸다.In addition, referring to Table 2 and FIG. 8 showing the photoelectric characteristics of Example 2 and Comparative Examples 4 to 6 to which a semi-solid electrolyte is applied, carbons using different carbon materials may be used similarly to the results examined in Tables 1 and 7 above. It can be seen that the photoelectric conversion efficiency was improved by about 30% compared to the dye-sensitized solar cells of Comparative Examples 4 and 5, which formed the electrodes, which easily penetrated the aligned mesoporous carbon electrode catalyst. Indicates that it can.
Claims (17)
상기 상대전극은 투명기판에 형성된 메조포러스 탄소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.A dye-sensitized solar cell comprising a working electrode and a counter electrode,
The counter electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that it comprises a mesoporous carbon electrode formed on a transparent substrate.
상기 메조포러스 탄소전극은 4∼22 nm의 기공이 상호연결된 구조를 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The mesoporous carbon electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed using an ordered mesoporous carbon electrode catalyst having a structure of interconnecting pores of 4 to 22 nm.
상기 메조포러스 탄소 전극촉매는 비정질의 탄소벽을 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method of claim 2,
The mesoporous carbon electrode catalyst is a dye-sensitized solar cell, characterized in that it has an amorphous carbon wall.
상기 메조포러스 탄소 전극은 트리 아이오다이드의 환원 반응에 대한 촉매 반응부를 제공하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The mesoporous carbon electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that to provide a catalytic reaction portion for the reduction reaction of tri iodide.
상기 작동전극은 투명기판 상에 형성된 나노 산화물층에 염료가 흡착되어 제조된 전극임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The working electrode is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the electrode is prepared by the dye is adsorbed on the nano-oxide layer formed on a transparent substrate.
상기 염료감응형 태양전지는 액상 전해질 또는 반고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The dye-sensitized solar cell is a dye-sensitized solar cell, characterized in that it comprises a liquid electrolyte or a semi-solid electrolyte.
투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판 상에 나노 산화물층을 형성하고 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 1에서 제조된 상대전극과 단계 2에서 제조된 작동전극을 대향시켜 접합시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 3)
를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.Preparing a counter electrode by forming a mesoporous carbon electrode on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step 1);
Forming a nano oxide layer on a transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed and adsorbing a dye to prepare a working electrode (step 2); And
Injecting an electrolytic solution after bonding the counter electrode manufactured in step 1 and the working electrode prepared in step 2 to be bonded to each other (step 3);
Dye-sensitized solar cell manufacturing method comprising a.
상기 메조포러스 탄소전극은 4∼22 nm의 기공이 상호연결된 구조를 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The mesoporous carbon electrode is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed using an aligned mesoporous carbon electrode catalyst having a structure of interconnecting pores of 4 to 22 nm.
상기 메조포러스 탄소 전극촉매는 비정질의 탄소벽을 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.The method of claim 8,
The mesoporous carbon electrode catalyst has a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that it has an amorphous carbon wall.
상기 염료는 루테늄계 염료인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The dye is a method for producing a dye-sensitized solar cell, characterized in that the ruthenium-based dye.
상기 투명 전도성 산화물층은 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군으로부터 선택된 투명 전도성 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The transparent conductive oxide layer is fluorine-doped tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum zinc oxide (AZO), indium tin oxide-silver Indium tin oxide (ITO-Ag-ITO), indium zinc oxide-silver-indium zinc oxide (IZO-Ag-IZO), indium zinc oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO) and aluminum zinc Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed of a transparent conductive oxide selected from the group consisting of oxide-silver-aluminum zinc oxide (AZO-Ag-AZO).
상기 투명 기판은 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The transparent substrate is a glass substrate or a transparent plastic substrate manufacturing method of the dye-sensitized solar cell, characterized in that.
상기 나노 산화물층은 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The nano oxide layer is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed by applying a coating composition containing titanium dioxide.
상기 상대전극은 투명기판에 형성된 메조포러스 탄소전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 상대전극.As a counter electrode of a dye-sensitized solar cell,
The counter electrode is a counter electrode of a dye-sensitized solar cell, characterized in that comprising a mesoporous carbon electrode formed on a transparent substrate.
상기 상대전극은 투명기판과 메조포러스 탄소전극 사이의 증착된 상기 투명 전도성 산화물층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 상대전극.The method of claim 14,
The counter electrode is a counter electrode of a dye-sensitized solar cell, characterized in that further comprises the transparent conductive oxide layer deposited between the transparent substrate and the mesoporous carbon electrode.
상기 메조포러스 탄소전극은 4∼22 nm의 기공이 상호연결된 구조를 갖는 정렬된 메조포러스 탄소 전극촉매를 사용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 상대전극.The method of claim 14,
The mesoporous carbon electrode is a counter electrode of a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed using an aligned mesoporous carbon electrode catalyst having a structure of interconnecting pores of 4 to 22 nm.
상기 메조포러스 탄소 전극촉매는 비정질의 탄소벽을 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 상대전극.The method of claim 16,
The counter electrode of the dye-sensitized solar cell, characterized in that the mesoporous carbon electrode catalyst has an amorphous carbon wall.
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KR101726127B1 (en) * | 2016-02-22 | 2017-04-12 | 한양대학교 산학협력단 | Counter electrode with block copolymer for dye sensitized solar cell and dye sensitized solar cell comprising the same |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |