KR20120008902A - Manufacture Method of Partially Reduced Graphine Film By Heating, Manufacture Method of Counter Electrode of Dye-Sensitized Solar Cell and Dye-Sensitized Solar Cell - Google Patents

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KR20120008902A KR1020100070253A KR20100070253A KR20120008902A KR 20120008902 A KR20120008902 A KR 20120008902A KR 1020100070253 A KR1020100070253 A KR 1020100070253A KR 20100070253 A KR20100070253 A KR 20100070253A KR 20120008902 A KR20120008902 A KR 20120008902A
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a partially thermally reduced graphene film and a method for manufacturing a counter electrode of a dye sensitive solar cell are provided to implement a graphene oxide structure without damaging a film by using graphene oxide. CONSTITUTION: A graphene oxide layer is formed on a transparent conductive layer. A partially thermally reduced graphene film is made by thermally processing a graphene oxide film at 50 to 400 degrees centigrade. The partially thermally reduced graphene film is contacted with ion conductive solutions.

Description

부분적으로 열 환원된 그라핀막 제조방법, 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법 및 염료감응형 태양전지{Manufacture Method of Partially Reduced Graphine Film By Heating, Manufacture Method of Counter Electrode of Dye-Sensitized Solar Cell and Dye-Sensitized Solar Cell}Manufacture Method of Partially Reduced Graphine Film By Heating, Manufacture Method of Counter Electrode of Dye-Sensitized Solar Cell and Dye -Sensitized Solar Cell}

본 발명은 그라핀 산화물막에 열 에너지를 가하여 부분적으로 환원된 구조를 이루는 친수성의 기능성 막 제조방법에 관한 것으로서, 이는 이온 및 이온 함유 용액을 부분적으로 통과시키는 물성을 갖으며, 본 발명에서는 이를 이용한 상대전극 제조방법과 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 상대전극으로 구비한 염료감응형 태양전지를 함께 제공하고자 한다.
The present invention relates to a method of manufacturing a hydrophilic functional film that forms a partially reduced structure by applying thermal energy to a graphene oxide film, which has physical properties of partially passing ions and an ion-containing solution, To provide a dye-sensitized solar cell having a counter electrode manufacturing method and a partially heat-reduced graphene film as a counter electrode.

염료감응형 태양전지(DSSC, Dye-Sensitized Solar Cell)의 상대전극은 외부전극을 통해 전자를 전달받아서, 전해질과 접촉하고 있는 계면에서의 산화-환원 반응을 통해 전해질 내의 요오드 이온에 전자를 전달하는 역할을 한다. 그래서 상대전극은 산화-환원 반응에 대한 촉매 물성을 지녀야 하며, 전해질과 반응하여 열화(劣化)되지 않아야 한다. 또한 산화-환원 커플의 환원 시 낮은 전압을 유지해 주고 높은 전기전도도를 지니고 있어야 한다. 이러한 상대전극으로 사용되고 있는 재료로서는 백금, 은 등의 귀금속이 있고, 이 중 가장 널리 이용되는 것이 백금이다. 그러나, 상대전극의 촉매작용을 위한 표면적을 증가시키는데 한계가 있어 염료감응형 태양전지의 상용화에 어려움이 있다. 또한, 고가인 백금을 대체할 수 있는 저가의 안정한 촉매 재료의 개발이 필요하다. The counter electrode of a dye-sensitized solar cell (DSSC) receives electrons through an external electrode and transfers electrons to iodine ions in the electrolyte through an oxidation-reduction reaction at an interface contacting the electrolyte. Play a role. Therefore, the counter electrode should have catalytic properties for the oxidation-reduction reaction and must not deteriorate by reaction with the electrolyte. In addition, the reduction of the redox couple must maintain a low voltage and have a high electrical conductivity. As a material used for such a counter electrode, there are precious metals such as platinum and silver. Among them, platinum is most widely used. However, there is a limit in increasing the surface area for catalysis of the counter electrode, which makes it difficult to commercialize dye-sensitized solar cells. There is also a need for the development of a low cost, stable catalyst material that can replace expensive platinum.

이에 따라 최근에는 염료감응형 태양전지의 상대전극에 쓰이는 백금을 대체할 수 있는 촉매재료로서 탄소 소재에 관한 연구결과들이 다수 보고 되었으며, 실제 탄소나노튜브를 상대전극으로 이용하는 경우 백금과 동등한 수준의 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다는 연구결과가 보고되었다(Seung I. Cha, Journal of Materials Chemistry 2010, 20, 659~662). 그러나 이 역시 상용화를 고려하기에는 낮은 수준이며, 일부 탄소나노튜브의 균열이나, 붕괴에 의해 떨어져 나온 탄소나노튜브 입자들이 부유하는 등에 의한 성능감소 등을 고려해 본다면 이보다 더 충분한 안정성을 갖는 상대전극이 요구된다고 볼 수 있다.
Recently, a number of studies on carbon materials have been reported as catalyst materials that can replace platinum used in the counter electrode of dye-sensitized solar cells, and in the case of using carbon nanotubes as the counter electrode, energy equivalent to platinum is used. A study on the conversion efficiency has been reported (Seung I. Cha, Journal of Materials Chemistry 2010, 20, 659-662). However, this is also low to consider commercialization, and considering the decrease in performance due to the cracking of some carbon nanotubes or the floating of carbon nanotube particles separated by the collapse, a counter electrode having more stability is required. can see.

본 발명은 생산 단가는 낮으면서, 내구성 있는 염료감응형 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다. 보다 구체적으로는, 화학적인 용액법에 의해 흑연으로부터 제조된 그라핀 산화물을 이용하여 이온 함유 용액에 녹지 않으면서, 동시에 이온 및 이온 함유 용액이 투과하더라도 막이 파괴되지 않는 신규한 물성을 갖는 그라핀 산화물 구조체를 제조하고, 이를 적극적으로 염료감응형 태양전지 촉매전극으로 이용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
The present invention aims to provide a durable dye-sensitized solar cell with low production cost. More specifically, graphene oxide having a novel physical property that does not dissolve in an ion-containing solution using a graphene oxide prepared from graphite by a chemical solution method and at the same time does not destroy the membrane even if the ion and the ion-containing solution permeate. It is an object of the present invention to manufacture a structure and to actively use it as a dye-sensitized solar cell catalyst electrode.

본 발명은 (a) 기판 위에 그라핀 산화물 막을 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 그라핀 산화물 막을 50~400℃에서 열처리하여 부분적으로 열 환원시키는 단계; 를 포함하는 부분적으로 열 환원된 그라핀막 제조방법을 함께 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) forming a graphene oxide film on the substrate; And (b) heat-treating the graphene oxide film at 50 to 400 ° C. to partially reduce the heat; It provides a partially heat-reduced graphene film manufacturing method comprising a.

또한, 본 발명은 (A) 투명전도막 위에 그라핀 산화물 막을 형성시키는 단계; (B) 상기 그라핀 산화물 막을 50~400℃에서 열처리하여 부분적으로 열 환원시켜 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 얻는 단계; 및 (C) 상기 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 이온 전도성 용액에 접촉시키는 단계; 를 포함하는 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법을 함께 제공한다.In addition, the present invention (A) forming a graphene oxide film on the transparent conductive film; (B) heat-treating the graphene oxide film at 50 to 400 ° C. to partially heat reduction to obtain a partially heat-reduced graphene film; And (C) contacting the partially heat reduced graphene film with an ion conductive solution; It provides with a counter electrode manufacturing method of the dye-sensitized solar cell comprising a.

또한, 본 발명은 이격된 투명전도막의 대향면에 작업전극과 상대전극이 각각 코팅되어 있고, 상기 작업전극과 상대전극 사이의 공간에 이온 전도성 용액이 채워져 밀폐되어 있으며, 상기 상대전극은 부분적으로 열 환원된 그라핀막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 함께 제공한다.
In addition, the present invention is coated with the working electrode and the counter electrode on the opposite surface of the transparent conductive film spaced apart, the ion conductive solution is filled in the space between the working electrode and the counter electrode is sealed, the counter electrode is partially heat It provides a dye-sensitized solar cell, characterized in that consisting of a reduced graphene film.

본 발명에서, "부분적으로 열환원된 그라핀막"이란 것은 순수 그라핀 산화물 상태와 500℃ 이상에서 거의 열 환원된 그라핀 상태의 중간적인 물성을 가진 형태로서 막의 내부에 열 환원된 부분과 환원되지 않은 산화물의 두 가지 상태가 공존하는 막을 의미한다. In the present invention, the "partially heat-reduced graphene film" is a form having intermediate physical properties in the state of pure graphene oxide and graphene which is almost heat reduced at 500 ° C. or higher, and is not reduced with the heat-reduced part inside the film. Non-oxide refers to a film in which two states of oxide coexist.

부분적으로 열환원된 그라핀막은 다음과 같은 물성을 갖는다. The partially heat-reduced graphene film has the following physical properties.

(1) 부분적으로 존재하는 그라핀 산화물에 의하여 친수성 물성을 가지며, 염료감응형 태양전지의 전해질과 접촉 물성이 좋으며, 요오드 이온이 통과하는 이온채널 같은 물성을 가지고 있다.(1) Partially present graphene oxide has hydrophilic properties, good contact properties with electrolytes of dye-sensitized solar cells, and properties such as ion channels through which iodine ions pass.

(2) 부분적으로 열환원된 곳은 그라핀의 물성을 가지며, 이는 그라핀 산화물 촉매막이 전해질에 녹지 않게 하는 역할을 한다.(2) The partially heat-reduced site has the properties of graphene, which serves to prevent the graphene oxide catalyst film from melting in the electrolyte.

(3) 순수 그라핀, 탄소나노튜브 및 흑연은 물에 녹지는 않지만 이온이 투과되는 조건에서는 막의 피로와 파괴가 일어난다. 그러나 부분적으로 열환원된 그라핀막은 이온이 투과될 때에도 막의 안정성에 영향이 없다.
(3) Pure graphene, carbon nanotubes and graphite are insoluble in water, but membrane fatigue and destruction occur under conditions where ions are permeated. However, the partially heat-reduced graphene membrane does not affect the stability of the membrane even when ions are permeated.

본 발명에서는 위와 같은 물성을 이용하여 백금 대신 그라핀을 염료감응형 태양전지의 상대전극으로 활용하고자 할 수 있도록 하였다.
In the present invention, using the above properties, it was possible to utilize graphene as a counter electrode of the dye-sensitized solar cell instead of platinum.

본 발명이 제공하는 부분적으로 열환원된 그라핀막은 이온 및 이온 함유 용액이 투과되면서도 막이 파괴되지 않으므로 염료감응형 태양전지의 상대전극으로 활용할 수 있으며, 이는 백금을 대체하여 저가형으로 널리 공급할 수 있다. 아울러 부분적으로 열환원된 그라핀막은 이온 선택적 투과막/분리막, 이온채널 등에 널리 적용할 수 있을 것으로 예상된다.The partially heat-reduced graphene film provided by the present invention can be used as a counter electrode of a dye-sensitized solar cell because the film is not destroyed while the ions and the ion-containing solution are permeable, which can be widely supplied at low cost in place of platinum. In addition, the partially heat-reduced graphene membrane is expected to be widely applied to ion selective permeation membrane / membrane and ion channel.

[도 1]은 부분적으로 열 환원된 그라핀 산화물막을 투명전극 위에 코팅하는 과정 및 부분적으로 열 환원된 그라핀 산화물막을 상대전극으로 구비한 염료감응형 태양전지의 일 실시예를 도시한 것이다.
[도 2]는 농도별 그라핀 산화물 용액, 농도별 그라핀 산화물 용액을 FTO 투명전극이 형성된 유리기판에 코팅한 상대전극 및 부분적으로 열 환원된 그라핀 산화물로 이루어진 상대전극들의 표면 및 단면 사진이다.
[도 3]은 부분적으로 열 환원된 그라핀 산화물막으로 이루어진 상대전극의 촉매효과를 비교하기 위한 대조군으로서 FTO 투명전극에 상대전극면을 코팅하지 않은 비교예와 종래와 같이 백금으로 코팅한 비교예를 도시한 것이다.
FIG. 1 illustrates a process of coating a partially heat-reduced graphene oxide film on a transparent electrode and an embodiment of a dye-sensitized solar cell having a partially heat-reduced graphene oxide film as a counter electrode.
2 is a surface and cross-sectional photograph of a counter electrode formed of a graphene oxide solution by concentration, a graphene oxide solution by concentration on a glass substrate on which a FTO transparent electrode is formed, and a partially heat-reduced graphene oxide. .
FIG. 3 is a comparative example in which the counter electrode surface is not coated on the FTO transparent electrode as a control for comparing the catalytic effect of a counter electrode composed of a partially heat-reduced graphene oxide film and a comparative example coated with platinum as in the prior art It is shown.

Ⅰ. 부분적으로 열 환원된 그라핀막 제조방법Ⅰ. Partially heat-reduced graphene film manufacturing method

본 발명은 (a) 기판 위에 그라핀 산화물 막을 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 그라핀 산화물 막을 50~400℃에서 열처리하여 부분적으로 열 환원시키는 단계; 를 포함하는 부분적으로 열 환원된 그라핀막 제조방법을 제공한다.
The present invention comprises the steps of (a) forming a graphene oxide film on the substrate; And (b) heat-treating the graphene oxide film at 50 to 400 ° C. to partially reduce the heat; It provides a partially heat-reduced graphene film manufacturing method comprising a.

상기 (a)단계에서 그라핀 산화물은 종래의 화학적 용액 공정(solution process)에 의해 제조할 수 있으며, 상기 그라핀 산화물은 제조과정에서 농도 조절에 의해 그 두께를 조절할 수 있다. 기판 위에 그라핀 산화물 막을 형성 시키는 방법으로는 스핀코팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅 등 통상적인 액상 코팅방법을 적용 시킬 수 있다.In the step (a), the graphene oxide may be prepared by a conventional chemical solution process, and the graphene oxide may be adjusted in thickness by adjusting concentration in the manufacturing process. As a method of forming a graphene oxide film on a substrate, conventional liquid coating methods such as spin coating, dip coating, inkjet printing, and spray coating may be applied.

상기 (b)단계에서 열처리 방법으로는 직접가열, 적외선 복사, 분위기 가열 등의 방법을 이용할 수 있다. (b)단계에서의 열처리는 열 환원을 위한 열처리 온도(500℃ 이상)에 비해 비교적 저온(50~400℃)으로 시행하는 것이며, 이에 따라 그라핀 산화물막이 완전히 환원되지 않아 친수성과 갖고, 이온 또는 이온 함유 용액이 투과하는 물성을 갖게 된다.In the step (b), as the heat treatment method, a method such as direct heating, infrared radiation, and atmosphere heating may be used. Heat treatment in step (b) is carried out at a relatively low temperature (50 ~ 400 ℃) compared to the heat treatment temperature (500 ℃ or more) for the heat reduction, accordingly, the graphene oxide film is not completely reduced has hydrophilicity, The ion-containing solution will have the property of permeation.

전술한 방법에 의해 제조된 부분적으로 열 환원된 그라핀막은 이온을 투과시켜야 하는 디바이스, 즉 이온 선택적 투과막/분리막, 이온채널 등에 그대로 이용할 수 있으며, 구체적으로 염료감응형 태양전지의 상대전극으로도 이용할 수 있다.
The partially heat-reduced graphene film prepared by the above-described method can be used as it is, such as ion selective permeation membrane / membrane, ion channel, and the like, and specifically, as a counter electrode of a dye-sensitized solar cell. It is available.

Ⅱ. 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법 및 염료감응형 태양전지II. Counter electrode manufacturing method of dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell

본 발명은 (A) 투명전도막 위에 그라핀 산화물 막을 형성시키는 단계; (B) 상기 그라핀 산화물 막을 50~400℃에서 열처리하여 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 얻는 단계; 및 (C) 상기 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 이온 전도성 용액에 접촉시키는 단계; 를 포함하는 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법을 함께 제공한다([도 1] 참조).The present invention (A) forming a graphene oxide film on the transparent conductive film; (B) heat treating the graphene oxide film at 50 to 400 ° C. to obtain a partially heat-reduced graphene film; And (C) contacting the partially heat reduced graphene film with an ion conductive solution; It provides a counter electrode manufacturing method of the dye-sensitized solar cell comprising a (see Fig. 1).

이 때, 상기 (A)단계는 화학적 용액공정으로 제조된 그라핀 산화물을 증류수에 희석시킨 코팅용액을 투명전도막 위에서 스핀 코팅하여 공정으로 시행할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 그라핀 산화물 0.5~15.0wt%가 분산된 코팅용액을 투명전도막 위에서 2000rpm으로 30초 동안 스핀코팅한 후 상온에서 건조시키는 공정으로 시행할 수 있다. 이에 따라 부분적으로 열 환원된 그라핀막으로 이루어진 상대전극의 두께는 상기 그라핀 산화물의 농도에 따라 10~300nm까지 다양하게 조절된다.At this time, the step (A) may be carried out by spin coating the coating solution diluted in distilled water with the graphene oxide prepared by the chemical solution process on a transparent conductive film, more specifically 0.5 ~ 15.0 graphene oxide The coating solution in which wt% is dispersed may be spin-coated at 2000 rpm for 30 seconds on a transparent conductive film, and then dried at room temperature. Accordingly, the thickness of the counter electrode, which is partially heat-reduced graphene film, may be variously adjusted to 10 to 300 nm according to the concentration of the graphene oxide.

이에 따라 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 염료감응형 태양전지의 상대전극으로 적용할 수 있으며, 이격된 투명전도막의 대향면에 작업전극(working electrode)과 부분적으로 열 환원된 그라핀막으로 이루어진 상대전극이 각각 코팅되어 있고, 상기 작업전극과 상대전극 사이의 공간에 이온 전도성 용액(전해질)이 채워져 밀폐된 염료감응형 태양전지를 구성해 낼 수 있다.
Accordingly, a partially heat-reduced graphene film can be applied as a counter electrode of a dye-sensitized solar cell, and a counter electrode comprising a working electrode and a partially heat-reduced graphene film on opposite surfaces of the transparent conductive film spaced apart. Each of them is coated and filled with an ion conductive solution (electrolyte) in the space between the working electrode and the counter electrode to form a sealed dye-sensitized solar cell.

이하에서는 구체적인 실시예 및 첨부한 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific embodiments and the accompanying drawings.

하기 각 실시예에서 상기 투명전도막은 수동식 스크린 프린팅 기구를 이용하여 TiO2 paste(Ti-Nanoxide T/SP, Solaronix)를 5mm×5mm의 전도성 유리기판에 15㎛두께로 도포하고, 상기 전도성 유리기판을 500℃에서 30분간 소결한 것이다. In each of the following examples, the transparent conductive film was coated with a TiO 2 paste (Ti-Nanoxide T / SP, Solaronix) on a 5 mm × 5 mm conductive glass substrate with a thickness of 15 μm using a manual screen printing apparatus, and the conductive glass substrate was coated with the conductive glass substrate. It sintered at 500 degreeC for 30 minutes.

하기 각 실시예의 작업전극은 위와 같은 투명전도막이 형성된 상기 전도성 유리기판을 5mM TiCl4 수용액에 침지하여 70℃에서 30분간 처리하고, 이후 다시 500℃에서 30분간 소결한 후, 염료(N719)에 24시간 동안 침지하여 제조한 것이다.The working electrodes of the following examples were immersed in the 5mM TiCl 4 aqueous solution for 30 minutes at 70 ° C. by immersing the conductive glass substrate on which the transparent conductive film was formed as described above, and then sintering at 500 ° C. for 30 minutes. It was prepared by soaking for time.

하기 각 실시예의 상대전극은 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 적용한 것으로서, 그라핀 산화물을 분산시킨 수용액을 상기 투명전도막 상에 스핀코팅하고 비교적 저온(50~400℃)으로 열처리 한 것이다. 상기 그라핀 산화물은 화학적 용액 공정에 의해 제조 되었으며, 이렇게 하여 얻어진 그라핀 고형분을 함유하는 그라핀 산화물 페이스트를 증류수(Distilled Water)에 초음파 분산하여 제조한 수용액을 투명전도막에 2000rpm의 속도로 스핀코팅한 것이다. The counter electrode of the following examples is a partially heat-reduced graphene film, spin-coated an aqueous solution in which graphene oxide is dispersed on the transparent conductive film and heat-treated at a relatively low temperature (50 to 400 ° C.). The graphene oxide was prepared by a chemical solution process, and an aqueous solution prepared by ultrasonic dispersion of the graphene oxide paste containing the obtained graphene solids in distilled water was spin coated on a transparent conductive film at a speed of 2000 rpm. It is.

하기 실시예 1~5는 그라핀 산화물 수용액(GO aqueous solutions)의 농도를 각각 0.5, 1.0, 3.0, 6.0, 15wt%로 달리 적용한 것으로서, 상기 전도성 유리기판을 핫플레이트 상에 두고 250℃로 2분간 가열하여 부분적으로 열환원된 그라핀 산화물막을 이루어진 상대전극을 제조한 것이다. Examples 1 to 5 are differently applied concentrations of graphene oxide solutions (GO aqueous solutions) at 0.5, 1.0, 3.0, 6.0, and 15 wt%, respectively, and the conductive glass substrate was placed on a hot plate at 250 ° C. for 2 minutes. A counter electrode having a partially thermally reduced graphene oxide film was prepared by heating.

하기 각 실시예들은 상기와 같이 제조된 각각의 작업전극과 상대전극 사이에 봉지용 필름을 적당히 마스킹하여 전극면끼리 마주보도록 맞붙인 후 전해질을 주입한 후 봉지하여 염료감응형 태양전지의 단위 모듈을 제조한 것이다.
Each of the following examples are appropriately masked film for encapsulation between the working electrode and the counter electrode prepared as described above, the electrodes face each other to face each other, inject the electrolyte and then encapsulate the unit module of the dye-sensitized solar cell It is manufactured.

실시예 1~5의 개별적인 사항은 다음과 같다.
Individual matters of Examples 1 to 5 are as follows.

[실시예 1]Example 1

실시예 1은 4%의 그라핀 고형분을 함유하는 그라핀 산화물 페이스트로 0.5wt% 그라핀 산화물 수용액(GOFⅠ)을 제조하고, 이를 전도성 유리기판에 2000rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 상기 전도성 유리기판을 핫플레이트 상에 두고 250℃로 2분간 가열하여 약 5nm 두께의 부분 열환원된 그라핀 산화물층을 갖는 상대전극을 구비한 염료감응형 태양전지(DSSCⅠ)를 제조한 것이다([도 2]의 (d) 참조)Example 1 was prepared 0.5wt% aqueous solution of graphene oxide (GOFⅠ) with a graphene oxide paste containing 4% of the graphene solid content, spin-coated the conductive glass substrate at a speed of 2000rpm, and then the conductive glass substrate Was placed on a hot plate and heated at 250 ° C. for 2 minutes to prepare a dye-sensitized solar cell (DSSC I) having a counter electrode having a partially heat-reduced graphene oxide layer having a thickness of about 5 nm (FIG. 2). (d))

[실시예 2][Example 2]

실시예 2는 4%의 그라핀 고형분을 함유하는 그라핀 산화물 페이스트로 1.0wt% 그라핀 산화물 수용액(GOFⅡ)을 제조하고, 이를 전도성 유리기판에 2000rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 상기 전도성 유리기판을 핫플레이트 상에 두고 250℃로 2분간 가열하여 약 10nm 두께의 부분 열환원된 그라핀 산화물층을 갖는 상대전극을 구비한 염료감응형 태양전지(DSSCⅡ)를 제조한 것이다([도 2]의 (e) 참조).
Example 2 prepared 1.0 wt% aqueous solution of graphene oxide (GOFII) from a graphene oxide paste containing 4% of graphene solids, spin-coated the conductive glass substrate at a speed of 2000 rpm, and then the conductive glass substrate. Was placed on a hot plate and heated at 250 ° C. for 2 minutes to prepare a dye-sensitized solar cell (DSSCII) having a counter electrode having a partially heat-reduced graphene oxide layer having a thickness of about 10 nm (FIG. 2). (e)).

[실시예 3]Example 3

실시예 3은 4%의 그라핀 고형분을 함유하는 그라핀 산화물 페이스트로 3.0wt% 그라핀 산화물 수용액(GOFⅢ)을 제조하고, 이를 전도성 유리기판에 2000rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 상기 전도성 유리기판을 핫플레이트 상에 두고 250℃로 2분간 가열하여 약 20nm 두께의 부분 열환원된 그라핀 산화물층을 갖는 상대전극을 구비한 염료감응형 태양전지(DSSCⅢ)를 제조한 것이다([도 2]의 (f) 참조).
Example 3 prepared 3.0 wt% graphene oxide aqueous solution (GOFIII) from the graphene oxide paste containing 4% of the graphene solid content, spin-coated the conductive glass substrate at a speed of 2000 rpm, and then the conductive glass substrate. Was placed on a hot plate and heated at 250 ° C. for 2 minutes to prepare a dye-sensitized solar cell (DSSC III) having a counter electrode having a partially heat-reduced graphene oxide layer having a thickness of about 20 nm (FIG. 2). (f)).

[실시예 4]Example 4

실시예 4는 4%의 그라핀 고형분을 함유하는 그라핀 산화물 페이스트로 6.0wt% 그라핀 산화물 수용액(GOFⅣ)을 제조하고, 이를 전도성 유리기판에 2000rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 상기 전도성 유리기판을 핫플레이트 상에 두고 250℃로 2분간 가열하여 약 50nm 두께의 부분 열환원된 그라핀 산화물층을 갖는 상대전극을 구비한 염료감응형 태양전지(DSSCⅣ)를 제조한 것이다([도 2]의 (g) 참조).
In Example 4, a 6.0 wt% graphene oxide aqueous solution (GOFIV) was prepared from a graphene oxide paste containing 4% of graphene solids, spin-coated the conductive glass substrate at a speed of 2000 rpm, and then the conductive glass substrate. Was placed on a hot plate and heated at 250 ° C. for 2 minutes to prepare a dye-sensitized solar cell (DSSC IV) having a counter electrode having a partially heat-reduced graphene oxide layer having a thickness of about 50 nm (see FIG. 2). (g)).

[실시예 5]Example 5

실시예 5는 4%의 그라핀 고형분을 함유하는 그라핀 산화물 페이스트로 15.0wt% 그라핀 산화물 수용액(GOFⅤ)을 제조하고, 이를 전도성 유리기판에 2000rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 상기 전도성 유리기판을 핫플레이트 상에 두고 250℃로 2분간 가열하여 약 200nm 두께의 부분 열환원된 그라핀 산화물층을 갖는 구비한 염료감응형 태양전지(DSSCⅤ)를 상대전극을 제조한 것이다([도 2]의 (h) 참조).
Example 5 is to prepare a 15.0wt% aqueous solution of graphene oxide (GOF V) with a graphene oxide paste containing 4% of the graphene solid content, spin coating the conductive glass substrate at a speed of 2000rpm, and then the conductive glass substrate Was placed on a hot plate and heated at 250 ° C. for 2 minutes to prepare a counter electrode of a dye-sensitized solar cell (DSSC V) having a partially heat-reduced graphene oxide layer having a thickness of about 200 nm (see FIG. 2). (h)).

이하에서는 부분적으로 열 환원된 그라핀 산화물막으로 이루어진 상대전극의 촉매효과를 비교하기 위한 대조군으로서 FTO 투명전극에 상대전극면을 코팅하지 않은 비교예와 종래와 같이 백금으로 코팅한 상대전극을 구비한 비교예를 간단히 설명하기로 한다.
Hereinafter, as a control for comparing the catalytic effect of a counter electrode composed of a partially heat-reduced graphene oxide film, a comparative example in which the counter electrode surface is not coated on the FTO transparent electrode and a counter electrode coated with platinum as in the prior art The comparative example will be briefly described.

[비교예 1]Comparative Example 1

비교예 1은 FTO 투명전극에 상대전극면을 코팅하지 않은 비교예이다. 투명전도막 및 작업전극에 관한 사항은 전술한 실시예와 동일하다([도 3]의 (a) 참조).
Comparative Example 1 is a comparative example in which the counter electrode surface is not coated on the FTO transparent electrode. The matters related to the transparent conductive film and the working electrode are the same as in the above-described embodiment (see FIG. 3A).

[비교예 2] Comparative Example 2

비교예 2는 종래와 같이 백금으로 코팅한 상대전극을 구비한 비교예이다([도 3]의 (b) 참조). 백금으로 이루어진 상대전극은 5mM H2PtCl6 용액(에탄올 용매)을 상기 투명전도막에 1000rpm으로 30초 정도 스핀코팅한 후, 400℃에서 15분간 어닐링 하여 제조하였다.
Comparative Example 2 is a comparative example having a counter electrode coated with platinum as in the related art (see FIG. 3B). A counter electrode made of platinum was prepared by spin coating a 5 mM H 2 PtCl 6 solution (ethanol solvent) at 1000 rpm for about 30 seconds and then annealing at 400 ° C. for 15 minutes.

하기 [표 1]은 솔라 시뮬레이터(PEC-L11, Peccell)를 이용하여 위 실시예들과 비교예들의 효율, 단락전류밀도, 개방전압, 충진계수를 측정한 결과이다.
[Table 1] below is a result of measuring the efficiency, the short-circuit current density, the open voltage, the filling factor of the above examples and comparative examples using a solar simulator (PEC-L11, Peccell).

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 효율(%)efficiency(%) 0.740.74 6.026.02 2.302.30 2.162.16 1.811.81 1.631.63 1.561.56 단락전류밀도(mA/㎠)Short circuit current density (mA / ㎠) 10.410.4 12.812.8 11.311.3 12.012.0 10.010.0 10.010.0 10.610.6 개방전압(V)Open voltage (V) 0.780.78 0.700.70 0.680.68 0.650.65 0.660.66 0.620.62 0.680.68 충진계수Fill factor 0.090.09 0.680.68 0.300.30 0.280.28 0.240.24 0.260.26 0.220.22

위 [표 1]에서, 본 발명에 따른 실시예들이 비교예 2에 비해서는 태양전지로서의 기능이 떨어지나 비교예 1에 비해서는 크게 향상됨을 알 수 있다. 본 발명은 염료감응형 태양전지의 상대전극에 관한 신소재/신구조를 제시하는 개척발명으로서 위와 같은 효과만으로도 그 기술적 의의는 충분하다 할 것이다.In the above Table 1, it can be seen that the embodiments according to the present invention are degraded as compared with Comparative Example 2, but greatly improved compared to Comparative Example 1. The present invention is a pioneering invention for presenting a new material / new structure for a counter electrode of a dye-sensitized solar cell, and the above technical effects will be sufficient.

없음none

Claims (5)

(a) 기판 위에 그라핀 산화물 막을 형성시키는 단계; 및
(b) 상기 그라핀 산화물 막을 50~400℃에서 열처리하여 부분적으로 열 환원시키는 단계; 를 포함하는 부분적으로 열 환원된 그라핀막 제조방법.
(a) forming a graphene oxide film on the substrate; And
(b) heat treating the graphene oxide film at 50 to 400 ° C. to partially reduce the heat; Partially heat reduced graphene film manufacturing method comprising a.
(A) 투명전도막 위에 그라핀 산화물 막을 형성시키는 단계;
(B) 상기 그라핀 산화물 막을 50~400℃에서 열처리하여 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 얻는 단계; 및
(C) 상기 부분적으로 열 환원된 그라핀막을 이온 전도성 용액에 접촉시키는 단계; 를 포함하는 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법.
(A) forming a graphene oxide film on the transparent conductive film;
(B) heat treating the graphene oxide film at 50 to 400 ° C. to obtain a partially heat-reduced graphene film; And
(C) contacting the partially heat reduced graphene film with an ion conductive solution; A counter electrode manufacturing method of a dye-sensitized solar cell comprising a.
제2항에서,
상기 (A)단계는 화학적 용액공정으로 제조된 그라핀 산화물을 증류수에 희석시킨 코팅용액을 투명전도막 위에서 스핀코팅하여 공정으로 시행하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법.
In claim 2,
Step (A) is a counter electrode manufacturing method of a dye-sensitized solar cell, characterized in that the coating solution prepared by diluting the graphene oxide prepared in a chemical solution process by spin coating on a transparent conductive film.
제3항에서,
상기 (A)단계는 그라핀 산화물 0.5~15.0wt%가 분산된 코팅용액을 투명전도막 위에서 2000rpm으로 30초 동안 스핀코팅한 후 상온에서 건조시키는 공정으로 시행하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법.
4. The method of claim 3,
Step (A) is a dye-sensitized solar cell, characterized in that the coating solution is dispersed in the graphene oxide 0.5 ~ 15.0wt% spin coating at 2000rpm on a transparent conductive film for 30 seconds and then dried at room temperature Method for producing a counter electrode.
이격된 투명전도막의 대향면에 작업전극과 상대전극이 각각 코팅되어 있고, 상기 작업전극과 상대전극 사이의 공간에 이온 전도성 용액이 채워져 밀폐되어 있으며, 상기 상대전극은 부분적으로 열 환원된 그라핀막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. The working electrode and the counter electrode are coated on opposite surfaces of the transparent conductive film spaced apart from each other, and a space between the working electrode and the counter electrode is filled with an ion conductive solution and sealed. The counter electrode is a partially heat-reduced graphene film. Dye-sensitized solar cell, characterized in that made.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103426941A (en) * 2012-05-15 2013-12-04 三星电机株式会社 Transparent electrode and electronic material comprising the same
KR101465300B1 (en) * 2012-06-15 2014-11-28 경북대학교 산학협력단 Poly amic acid composition comprising graphane oxide and preparation method thereof
US9236156B2 (en) 2013-10-18 2016-01-12 Snu R&Db Foundation Preparing method of reduced graphene oxide film using a chemical reduction method and a pressure-assisted thermal reduction method, reduced graphene oxide film prepared by the same, and graphene electrode including the reduced graphene oxide film
KR20160092324A (en) * 2015-01-27 2016-08-04 한국전자통신연구원 Method of fabricating electrode and capacitor comprising the electrode formed thereby
KR101958302B1 (en) * 2017-10-11 2019-03-15 한국전력공사 Method of Grapheme Electrode For Supercapacitor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101480978B1 (en) * 2013-01-25 2015-01-15 고려대학교 산학협력단 Graphene Counter Electrodes for Dye-sensitized Solar Cell, method for preparing the same and Dye-sensitized Solar Cell comprising the Same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103426941A (en) * 2012-05-15 2013-12-04 三星电机株式会社 Transparent electrode and electronic material comprising the same
JP2014007147A (en) * 2012-05-15 2014-01-16 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd Transparent electrode and electronic material comprising the same
KR101465300B1 (en) * 2012-06-15 2014-11-28 경북대학교 산학협력단 Poly amic acid composition comprising graphane oxide and preparation method thereof
US9236156B2 (en) 2013-10-18 2016-01-12 Snu R&Db Foundation Preparing method of reduced graphene oxide film using a chemical reduction method and a pressure-assisted thermal reduction method, reduced graphene oxide film prepared by the same, and graphene electrode including the reduced graphene oxide film
KR20160092324A (en) * 2015-01-27 2016-08-04 한국전자통신연구원 Method of fabricating electrode and capacitor comprising the electrode formed thereby
KR101958302B1 (en) * 2017-10-11 2019-03-15 한국전력공사 Method of Grapheme Electrode For Supercapacitor

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