KR20120042450A - Squaraine dye for dye sensitized solar cell - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A squaraine-based dye for dye-sensitized solar battery is provided to collect orthochromatic film light to 780 nm by introducing indole group and pyrrole group, and to have improved short circuit photocurrent density(Jsc), photoelectricity conversion efficiency(η) relative to existing organic pigment, and excellent long time stability. CONSTITUTION: A squaraine-based dye is in chemical formula 1. In chemical formula 1, D is one compound of compounds in chemical formula 2-1, 2-2 and 2-3. In chemical formula 2-1, 2-2 and 2-3, R1 is a compound selected from hydrogen, a C1-6 alkyl group, a C1-6 alkoxy, alkoxyaryl, and a compound in chemical formula 2-4. R2 is C1-5 alkyl group. X is S or O, Y is O or CH2, and K is an integer of 0 or 1. In chemical formula 3, R3 is a C1-6 alkyl group, l and n is an integer of 0-2, and m is an integer of 0 or 1.

Description

염료감응 태양전지용 스쿠아레인계 염료 {Squaraine dye for dye sensitized solar cell}Squaraine dye for dye-sensitized solar cell {Squaraine dye for dye sensitized solar cell}

본 발명은 염료감응 태양전지용 스쿠아레인계 염료, 그의 제조방법, 스쿠아레인계 염료를 함유한 광전변환 소자 및 상기 광전변환 소자를 구비한 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염료감응 태양전지의 광전기 변환효율 증가를 위한 새로운 염료감응 태양전지용 유기염료를 제공하는 것이다.
The present invention relates to a squaraine-based dye for a dye-sensitized solar cell, a manufacturing method thereof, a photoelectric conversion element containing a squaraine-based dye, and a solar cell provided with the photoelectric conversion element, and more particularly, to a photovoltaic cell of a dye-sensitized solar cell. To provide a new organic dye for dye-sensitized solar cells to increase the conversion efficiency.

태양전지는 내부의 반도체가 빛을 흡광하여 전자와 정공이 발생되는 광기전 효과를 이용하여 전류를 흐르게 하는 전지를 말한다. 종래 태양전지의 반도체로는 실리콘이나 갈륨 아세나이드(GaAs)와 같은 무기물을 n-p 접합하여 다이오드 형태로 한 반도체가 주로 사용되었다. 그러나 상기의 무기물 반도체는 에너지변환효율이 높은 반면 제조비용이 높아 태양전지분야에서 그 활용 실적이 충분하지 못하였다. 상기와 같은 무기물 반도체의 문제점을 극복하기 위하여 상기 무기물 반도체를 유기염료로 대체하는 기술이 제안되었다.A solar cell refers to a battery in which an internal semiconductor absorbs light and flows current using a photovoltaic effect in which electrons and holes are generated. Conventionally, as a semiconductor of a solar cell, a semiconductor having a diode form by n-p junction of an inorganic material such as silicon or gallium arsenide (GaAs) has been mainly used. However, the inorganic semiconductor has a high energy conversion efficiency and high manufacturing cost, and thus the utilization of the inorganic semiconductor was not sufficient. In order to overcome the problems of the inorganic semiconductor as described above, a technique for replacing the inorganic semiconductor with an organic dye has been proposed.

통상적으로, 염료는 주로 가시광선대역의 빛을 잘 흡광함으로써 색을 갖는 것인데, 이를 이용한 태양전지는 유기염료가 빛을 흡광할 때, 전자와 정공으로 분리 된 후 다시 결합하는 소위 산화-환원(redox) 반응을 통하여 전류를 생성시키는 것이다. 이러한 유형의 태양전지를 염료감응형 태양전지(Dye-sensitized solar cell)라 한다.
In general, dyes have a color mainly by absorbing light in the visible light band, and solar cells using the same are called redox (redox), in which organic dyes are separated into electrons and holes and then recombined when they absorb light. ) To generate a current through the reaction. This type of solar cell is called a dye-sensitized solar cell.

1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 기존의 실리콘 태양전지와 달리 염료감응태양전지는 가시광선을 흡광하여 전자-홀(hole) 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응태양전지에 사용되는 염료로서 높은 광전기 변환효율을 나타내는 루테늄 금속 착체가 널리 사용되어 왔는데, 이 루테늄 금속 착체는 가격이 너무 비싸다는 단점이 있었다.
Since the development of the dye-sensitized nanoparticle titanium oxide solar cell by the team of Michael Gratzel of the Swiss National Lausanne Institute of Advanced Technology (EPFL) in 1991, much work has been done in this area. Unlike conventional silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are composed of dye molecules capable of absorbing visible light and generating electron-hole pairs, and photovoltaic solar cells composed mainly of transition metal oxides that transfer generated electrons. It is a battery. As a dye used in dye-sensitized solar cells, ruthenium metal complexes having high photovoltaic conversion efficiency have been widely used, but this ruthenium metal complex has a disadvantage of being too expensive.

최근, 흡광효율, 산화환원 반응 안정성 및 분자내 전하-전달(charge-transfer, CT)계 흡광의 측면에서 우수한 물성을 나타내는 금속을 함유하지 않은 유기염료가 고가의 루테늄 금속 착체를 대체할 수 있는 태양전지용 염료로서 사용될 수 있음이 발견되어 금속이 결여된 유기염료에 대한 연구가 중점적으로 이루어지고 있다. 유기염료는 일반적으로 π-결합 단위체에 의해 연결되는 전자 공여체(electron donor)-전자 수용체(electron acceptor) 잔기의 구조를 갖는다. 대부분의 유기염료에서 아민 유도체가 전자 공여체의 역할을 하고, 2-시아노아크릴산 또는 로다닌 잔기가 전자 수용체의 역할을 하며, 이 두 부위는 메타인 단위체 또는 티오펜 체인과 같은 π-결합 시스템에 의해 연결된다.Recently, organic dyes containing no metals, which exhibit excellent physical properties in terms of light absorption efficiency, redox reaction stability, and intramolecular charge-transfer (CT) absorption, can replace expensive ruthenium metal complexes. It has been found that it can be used as a battery dye, and research on organic dyes lacking metal has been focused. Organic dyes generally have the structure of electron donor-electron acceptor residues linked by π-binding units. In most organic dyes, amine derivatives act as electron donors, 2-cyanoacrylic acid or rhodanine residues act as electron acceptors, and these two sites are linked to π-binding systems such as metain units or thiophene chains. Is connected by.

일반적으로, 전자 공여체인 아민 단위체의 구조적 변화는 전자 특성의 변화, 예를 들어 청색 쪽으로 쉬프트(shift)된 흡광 스펙트럼을 가져오고, π-결합 길이를 변화시켜 흡광 스펙트럼과 산화환원 전위(redox potential)를 조절할 수 있다.
In general, structural changes in amine units, which are electron donors, result in changes in electronic properties, for example, absorption spectra shifted towards blue, and by varying π-bond lengths, the absorption spectra and redox potential. Can be adjusted.

그러나, 이제까지 알려진 대부분의 유기염료는 루테늄 금속 착체 염료에 비해 낮은 변환효율과 낮은 구동 안정성을 나타내며, 이는 반도체 표면상에서 염료가 응집되고, 산화환원 반응 싸이클 동안 불안정한 라디칼 종이 형성되는 데에 기인하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 전자 공여체와 수용체의 종류 또는 π-결합 길이를 변화시킴으로써 기존의 유기염료 화합물들에 비해 향상된 몰흡광계수를 가지며 높은 광전기 변환효율을 나타내는 새로운 염료를 개발하려는 노력이 지속되고 있는 실정이다.
However, most of the organic dyes known to date show lower conversion efficiency and lower driving stability compared to ruthenium metal complex dyes, due to the aggregation of dyes on the semiconductor surface and the formation of unstable radical species during the redox reaction cycle. lost. Therefore, efforts to develop new dyes having improved molar absorption coefficient and high photoelectric conversion efficiency compared to existing organic dye compounds by changing the type of electron donor and acceptor or the π-bond length have been continued.

이에 본 발명자들은 상술한 종래기술 상의 문제점을 해결할 수 있는 태양전지 모듈을 개발하고자 예의 노력한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to develop a solar cell module that can solve the above-described problems in the prior art, and have completed the present invention.

본 발명은 염료감응 태양전지용 스쿠아레인계 염료 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a squaraine-based dye for dye-sensitized solar cells and a method for producing the same.

또한 상기 염료를 이용하여 우수한 광전기 변환 효율(η), 단회로 광전류 밀도(Jsc) 및 장기간 안정성을 가지는 염료감응 광전변환 소자 및 염료감응 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized photoelectric conversion element and a dye-sensitized solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency (η), short circuit photocurrent density (J sc ), and long-term stability using the dye.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 스쿠아레인계 염료가 제공된다.According to one aspect of the invention, there is provided a squaraine-based dye represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 1에서, D는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나이며, A는 -COOH 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다.)(In Chemical Formula 1, D is any one of compounds represented by Chemical Formulas 2-1 to 2-3, and A is a compound represented by -COOH or Chemical Formula 3 below.)

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 2-3][Formula 2-3]

Figure pat00004
Figure pat00004

(상기 화학식 2-1 내지 2-3에서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In Chemical Formulas 2-1 to 2-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00005
Figure pat00005

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)

[화학식 3](3)

Figure pat00006
Figure pat00006

(상기 화학식 3에서, R3는 C1-C6 알킬기이고, l 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m은 0 또는 1의 정수이다.)(In Formula 3, R 3 is a C1-C6 alkyl group, l and n are integers of 0 to 2, m is an integer of 0 or 1.)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 D는 상기 화학식 2-1로 표시되는 화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, D may be a compound represented by Chemical Formula 2-1.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 A 는 -COOH일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, A may be -COOH.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염료가 하기 화학식 1-1a로 표시되는 화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dye may be a compound represented by the following Chemical Formula 1-1a.

[화학식 1-1a][Formula 1-1a]

Figure pat00007
Figure pat00007

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염료가 하기 화학식 1-1b로 표시되는 화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dye may be a compound represented by the following Chemical Formula 1-1b.

[화학식 1-1b][Formula 1-1b]

Figure pat00008
Figure pat00008

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 1-메틸-2-(트리메틸스탄닐)-1H-피롤(1-methyl-2-(trimethylstannyl)-1H-pyrrole)과 반응시켜 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 제 1단계;According to another aspect of the invention, the compound represented by the following formula (4) is reacted with 1-methyl-2- (trimethylstannyl) -1H-pyrrole (1-methyl-2- (trimethylstannyl) A first step of preparing a compound represented by Formula 5;

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 화학식 5로 표시되는 화합물을 스쿠아릴리움 클로라이드(squarilyum choride)와 반응시켜 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조하는 제 2단계;A second step of preparing a compound represented by Chemical Formula 6 by reacting the compound represented by Chemical Formula 5 with squarylium chloride (squarilyum choride);

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 5-카복시-2,3,3-트리메틸-1-옥틸-3H-인돌륨(5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium)과 반응시켜 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 3단계;The compound represented by Formula 6 is 5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium (5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium) and Reacting to prepare a compound represented by Formula 7;

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00012
Figure pat00012

(상기 화학식 4 내지 7에서, 상기 R4는 하기 화학식 8-1 내지 8-3으로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In the above formulas 4 to 7, wherein R 4 is one of the compounds represented by the formula 8-1 to 8-3.)

[화학식 8-1][Formula 8-1]

Figure pat00013
Figure pat00013

[화학식 8-2][Formula 8-2]

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 8-3][Formula 8-3]

Figure pat00015
Figure pat00015

(상기 화학식 8-1 내지 8-3에 있어서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In Formulas 8-1 to 8-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00016
Figure pat00016

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)

를 포함하는 스쿠아레인계 염료의 제조방법이 제공된다.Provided is a method for producing a squaraine-based dye comprising a.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법에서 상기 R4는 상기 화학식 8-1로 표시되는 화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the preparation method, R 4 may be a compound represented by Chemical Formula 8-1.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법에서 상기 R1은 수소인 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the manufacturing method, R 1 may be characterized in that hydrogen.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법에서 상기 R1은 헥실록시기(OC6H13)인 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the preparation method, R 1 may be a hexyloxy group (OC 6 H 13 ).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 스쿠아레인계 염료로 담지시킨 산화물 반도체 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 광전변환 소자가 제공될 수 있다.According to still another aspect of the present invention, a dye-sensitized photoelectric conversion device may be provided, including oxide semiconductor fine particles supported by the squaraine-based dye.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화물 반도체 미립자는 TiO2인 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the oxide semiconductor fine particles may be characterized in that the TiO 2 .

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 염료감응 광전변환 소자를 구비하는 염료감응 태양전지가 제공될 수 있다.
According to another aspect of the present invention, a dye-sensitized solar cell having the dye-sensitized photoelectric conversion element may be provided.

본 발명의 스쿠아레인계 염료는 인돌 그룹(indole) 및 피롤(pyrrole) 그룹을 도입함으로써 780 nm까지의 전색성의 빛을 수집할 수 있으며, 종래의 유기염료보다 향상된 단회로 광전류 밀도(Jsc), 광전기 변환효율(η) 및 우수한 장기간 안정성을 나타낸다.
Squalane-based dyes of the present invention can collect the color of light up to 780 nm by introducing indole groups (indole) and pyrrole groups, improved short-circuit photocurrent density (J sc ), than conventional organic dyes, Photoelectric conversion efficiency? And excellent long-term stability.

도 1은 실시예 1 및 2에서 제조된 염료 1-1a(JK 216) 및 염료 1-1b(JK 217)의 에탄올 용액에서의 흡광 및 발광 스펙트럼이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 염료 1-1a(JK 216)의 DFT/TDDFT 계산에 의해 산출된 HOMO 및 LUMO의 아이소밀도(isodensity) 표면 플롯을 나타낸 모식도이다.
도 3은 실시예 2에서 제조된 염료 1-1b(JK 217)의 DFT/TDDFT 계산에 의해 산출된 HOMO 및 LUMO의 아이소밀도(isodensity) 표면 플롯을 나타낸 모식도이다.
도 4는 실시예 3에서 태양전지의 광전류 작용(photocurrent action) 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 3에서 제조된 DSSC(전해질 B를 사용)를 60℃에서 visible-light soaking(AM 15G, 100 mW cm-2)하에서 1000시간 동안 유지시키면서 시간에 따라 측정한 단회로 광전류 밀도(Jsc), 개방전압(Voc), 충진률(FF) 및 광전기 변환효율(η)의 그래프이다.
1 is an absorption and emission spectrum of the ethanol solution of the dye 1-1a (JK 216) and dye 1-1b (JK 217) prepared in Examples 1 and 2.
FIG. 2 is a schematic diagram showing isodensity surface plots of HOMO and LUMO calculated by DFT / TDDFT calculation of Dye 1-1a (JK 216) prepared in Example 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing isodensity surface plots of HOMO and LUMO calculated by DFT / TDDFT calculation of Dye 1-1b (JK 217) prepared in Example 2. FIG.
4 is a photocurrent action spectrum of the solar cell of Example 3. FIG.
FIG. 5 shows the short-circuit photocurrent density measured over time while maintaining the DSSC prepared in Example 3 (using electrolyte B) at 60 ° C. under visible-light soaking (AM 15G, 100 mW cm −2 ) for 1000 hours. J sc ), open voltage (V oc ), fill factor (FF) and photoelectric conversion efficiency (η).

본 발명에 따른 염료감응 태양전지용 스쿠아레인계 염료는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.Squalane-based dyes for dye-sensitized solar cells according to the present invention is a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00017
Figure pat00017

(상기 화학식 1에서, D는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나이며, A는 -COOH 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다.)(In Chemical Formula 1, D is any one of compounds represented by Chemical Formulas 2-1 to 2-3, and A is a compound represented by -COOH or Chemical Formula 3 below.)

[화학식 2-1][Formula 2-1]

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 2-2][Formula 2-2]

Figure pat00019
Figure pat00019

[화학식 2-3][Formula 2-3]

Figure pat00020
Figure pat00020

(상기 화학식 2-1 내지 2-3에서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In Chemical Formulas 2-1 to 2-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00021
Figure pat00021

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)

[화학식 3] (3)

Figure pat00022
Figure pat00022

(상기 화학식 3에서, R3는 C1-C6 알킬기이고, l 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m은 0 또는 1의 정수이다.)(In Formula 3, R 3 is a C1-C6 alkyl group, l and n are integers of 0 to 2, m is an integer of 0 or 1.)

본 발명에서 상기 D는 전자공여체(donor)로 작용할 수 있으며 상기 A는 전자 수용체 (acceptor)로 작용할 수 있다.In the present invention, the D may act as an electron donor and the A may act as an electron acceptor.

바람직하게는 상기 화학식 1에서, 상기 D는 화학식 2-1로 표시되는 화합물일 수 있다.Preferably, in Formula 1, D may be a compound represented by Formula 2-1.

바람직하게는 상기 화학식 1에서 상기 A는 -COOH일 수 있다.Preferably, in Formula 1, A may be -COOH.

보다 바람직하게는 상기 염료가 하기 화학식 1-1a 또는 1-1b로 표기되는 화합물일 수 있다.More preferably, the dye may be a compound represented by the following Chemical Formula 1-1a or 1-1b.

[화학식 1-1a][Formula 1-1a]

Figure pat00023
Figure pat00023

[화학식 1-1b][Formula 1-1b]

Figure pat00024
Figure pat00024

본 발명에 따른 태양전지용 스쿠아레인계 염료를 제조하는 방법은 하기에서 상세하게 설명되는 제 1단계 내지 제 3단계의 반응을 포함한다.
The method for producing a squaraine-based dye for solar cells according to the present invention includes the reaction of the first to third steps described in detail below.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명의 스쿠아레인계 염료 제조방법은 구체적으로 다음과 같은 단계로 이루어진다.
Squalane-based dye production method of the present invention specifically comprises the following steps.

상기 제 1단계 내지 3단계를 반응모식도로 나타내면 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다. 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 1-메틸-2-(트리메틸스탄닐)-1H-피롤(1-methyl-2-(trimethylstnnyl)-1H-pyrrole)과 반응 시켜 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 제 1단계;Representation of the first step to the third step can be represented by the following reaction scheme 1. The compound represented by the following Chemical Formula 4 is reacted with 1-methyl-2- (trimethylstannyl) -1H-pyrrole (1-methyl-2- (trimethylstnnyl) -1H-pyrrole) to prepare a compound represented by the following Chemical Formula 5 The first step to do;

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00025
Figure pat00025

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00026
Figure pat00026

상기 화학식 5로 표시되는 화합물을 스쿠아릴리움 클로라이드(squarilyum chloride)와 반응시켜 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조하는 제 2단계;A second step of preparing a compound represented by Chemical Formula 6 by reacting the compound represented by Chemical Formula 5 with squarylium chloride;

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00027
Figure pat00027

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 5-카복시-2,3,3-트리메틸-1-옥틸-3H-인돌륨(5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium)과 반응시켜 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 3단계;The compound represented by Formula 6 is 5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium (5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium) and Reacting to prepare a compound represented by Formula 7;

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00028
Figure pat00028

(상기 화학식 4 내지 7에서, 상기 R4는 하기 화학식 8-1 내지 8-3으로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In the above formulas 4 to 7, wherein R 4 is one of the compounds represented by the formula 8-1 to 8-3.)

[화학식 8-1][Formula 8-1]

Figure pat00029
Figure pat00029

[화학식 8-2][Formula 8-2]

Figure pat00030
Figure pat00030

[화학식 8-3][Formula 8-3]

Figure pat00031
Figure pat00031

(상기 화학식 8-1 내지 8-3에 있어서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In Formulas 8-1 to 8-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00032
Figure pat00032

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )
(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)

상기 제 1단계 내지 3단계를 반응모식도로 나타내면 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다.Representation of the first step to the third step can be represented by the following reaction scheme 1.

[반응식 1]Scheme 1

Figure pat00033
Figure pat00033

(상기 반응식 1에서 R3는 하기 화학식 8-1 내지 8-3으로 표시되는 화합물 중 하나이며, 상기 A는 -COOH 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다.)(In Reaction Scheme 1, R 3 is one of the compounds represented by Formulas 8-1 to 8-3, and A is -COOH or the compound represented by Formula 3.)

[화학식 8-1][Formula 8-1]

Figure pat00034
Figure pat00034

[화학식 8-2][Formula 8-2]

Figure pat00035
Figure pat00035

[화학식 8-3][Formula 8-3]

Figure pat00036
Figure pat00036

(상기 화학식 8-1 내지 8-3에 있어서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)(In Formulas 8-1 to 8-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)

[화학식 2-4][Formula 2-4]

Figure pat00037
Figure pat00037

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )
(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)

또한 본 발명은 염료증감 광전변환소자를 제공한다. 상기 염료증감 광전변환소자는 산화물 반도체 미립자에 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 담지시킨 것을 특징으로 한다. 본 발명은 염료증감 광전변환소자는 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 사용하는 것 이외에 종래 염료를 이용하여 태양전지용 염료증감 광전변환소자를 제조하는 방법들이 적용될 수 있음은 물론이며, 바람직하게는 본 발명의 염료증감 광전변환소자는 산화물 반도체 미립자를 이용해서 기판 상에 산화물 반도체의 박막을 제조하고, 이어서 상기 박막에 본 발명의 염료를 담지시킨 것이 좋다.
The present invention also provides a dye-sensitized photoelectric conversion device. The dye-sensitized photoelectric conversion device is characterized in that the dye represented by the formula (1) on the oxide semiconductor fine particles. The present invention is a dye-sensitized photoelectric conversion device in addition to using the dye represented by the formula (1) can be applied to the method of manufacturing a dye-sensitized photoelectric conversion device for solar cells using a conventional dye, of course, preferably the present invention The dye-sensitized photoelectric conversion device may be prepared by fabricating a thin film of an oxide semiconductor on a substrate using oxide semiconductor fine particles, and then supporting the dye of the present invention on the thin film.

본 발명에서 산화물 반도체의 박막을 설치하는 기판으로서는 그 표면이 도전성인 것이 바람직하며, 시중에서 판매되는 것을 사용할 수도 있다. 구체적인 일예로 글라스의 표면 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 혹은 폴리에테르설폰 등의 투명성이 있는 고분자 재료의 표면에 인듐, 불소, 안티몬을 도포한 산화주석 등의 도전성 금속산화물이나 강, 은, 금 등의 금속 박막을 형성한 것을 이용할 수 있다. 이때 도전성은 보통 1000 Ω 이하가 바람직하며, 특히 100 Ω 이하의 것이 바람직하다.
In this invention, it is preferable that the surface is electroconductive as a board | substrate which provides the thin film of an oxide semiconductor, and what is marketed can also be used. As a specific example, conductive metal oxides such as tin oxide coated with indium, fluorine, and antimony on a surface of glass or a transparent polymer material such as polyethylene terephthalate or polyethersulfone, or a metal thin film such as steel, silver, or gold may be used. The formed thing can be used. In this case, the conductivity is preferably 1000 Ω or less, particularly preferably 100 Ω or less.

또한 산화물 반도체의 미립자로서는 금속산화물이 바람직하다. 구체적인 예로서는 티탄, 주석, 아연, 텅스텐, 지르코늄, 갈륨, 인듐, 이트륨, 니오브, 탄탈, 바나듐 등의 산화물을 사용할 수 있다. 이들 중 티탄, 주석, 아연, 니오브, 인듐 등의 산화물이 바람직하고, 이들 중 산화티탄, 산화아연, 산화주석이 더욱 바람직하며, 산화티탄이 가장 바람직하다. 상기 산화물 반도체는 단독으로 사용할 수도 있지만, 혼합하거나 반도체의 표면에 코팅시켜서 사용할 수도 있다.
As the fine particles of the oxide semiconductor, a metal oxide is preferable. As specific examples, oxides such as titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, gallium, indium, yttrium, niobium, tantalum and vanadium can be used. Of these, oxides such as titanium, tin, zinc, niobium and indium are preferable, among these, titanium oxide, zinc oxide and tin oxide are more preferable, and titanium oxide is most preferred. The oxide semiconductor may be used alone, or may be mixed or coated on the surface of the semiconductor.

또한 상기 산화물 반도체의 미립자의 입경은 평균 입경으로서 1 ? 500 nm인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 1 ? 100 nm인 것이 좋다. 또한 이 산화물 반도체의 미립자는 큰 입경의 것과 작은 입경의 것을 혼합하거나, 다층으로 하여 이용할 수도 있다.
The particle diameter of the fine particles of the oxide semiconductor is 1? It is preferable that it is 500 nm, More preferably, it is 1? 100 nm is preferred. In addition, the fine particles of the oxide semiconductor may be mixed with a large particle size and a small particle size, or may be used as a multilayer.

상기 산화물 반도체 박막은 산화물 반도체 미립자를 스프레이 분무 등으로 직접 기판 상에 박막으로 형성하는 방법, 기판을 전극으로 하여 전기적으로 반도체 미립자 박막을 석출시키는 방법, 반도체 미립자의 슬러리 또는 반도체 알콕사이드 등의 반도체 미립자의 전구체를 가수분해함으로써 얻을 수 있은 미립자를 함유하는 페이스트를 기판 상에 도포한 후, 건조, 경화 혹은 소성하는 방법 등에 의해 제조할 수 있으며, 페이스트를 기판 상에 도포하는 방법이 바람직하다. 이 방법의 경우, 슬러리는 2차 응집하고 있는 산화물 반도체 미립자를 통상의 방법에 의해 분산매 중에 평균 1차 입경이 1 ? 200 nm가 되도록 분산시킴으로써 얻을 수 있다.
The oxide semiconductor thin film is a method of forming oxide semiconductor fine particles into a thin film directly on a substrate by spray spraying, a method of electrically depositing a semiconductor fine particle thin film using a substrate as an electrode, a slurry of semiconductor fine particles or semiconductor fine particles such as a semiconductor alkoxide. After apply | coating the paste containing microparticles | fine-particles obtained by hydrolyzing a precursor on a board | substrate, it can manufacture by the method of drying, hardening, or baking, etc., The method of apply | coating a paste on a board | substrate is preferable. In this method, the slurry has an average primary particle size of 1? It can obtain by disperse | distributing to 200 nm.

슬러리를 분산시키는 분산매로서는 반도체 미립자를 분산시킬 수 있는 것이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 물, 에탄올 등의 알코올, 아세톤, 아세틸아세톤 등의 케톤 또는 헥산 등의 탄화수소를 이용할 수 있고, 이것들은 혼합해서 사용할 수 있고, 이 중 물을 이용하는 것이 슬러리의 점도변화를 적게 한다는 점에서 바람직하다. 또한 산화물 반도체 미립자의 분산 상태를 안정화시킬 목적으로 분산 안정제를 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 분산 안정제의 구체적인 예로는 초산, 염산, 질산 등의 산, 또는 아세틸아세톤, 아크릴산, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.
The dispersion medium for dispersing the slurry can be used without particular limitation so long as it can disperse the semiconductor fine particles, and alcohols such as water and ethanol, ketones such as acetone and acetylacetone, or hydrocarbons such as hexane can be used, and these can be mixed and used. Among them, it is preferable to use water among them in order to reduce the viscosity change of the slurry. Moreover, a dispersion stabilizer can be used for the purpose of stabilizing the dispersion state of oxide semiconductor microparticles | fine-particles. Specific examples of the dispersion stabilizer that can be used include acids such as acetic acid, hydrochloric acid and nitric acid, or acetylacetone, acrylic acid, polyethylene glycol, and polyvinyl alcohol.

슬러리를 도포한 기판은 소성할 수 있고, 그 소성온도는 100 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 이상이고, 또 상한은 대체로 기재의 융점(연화점) 이하로서 통상 상한은 900 ℃이며, 바람직하게는 600 ℃ 이하이다. 본 발명에서 소성시간은 특별하게 한정되지 않지만, 대체로 4시간 이내가 바람직하다. The substrate coated with the slurry can be fired, and its firing temperature is at least 100 ° C, preferably at least 200 ° C, and the upper limit is generally below the melting point (softening point) of the substrate, and usually the upper limit is 900 ° C, preferably 600. It is below ℃. In the present invention, the firing time is not particularly limited, but is generally within 4 hours.

본 발명에서 기판상의 박막의 두께는 1 ? 200 ㎛인 것이 적합하며, 바람직하게는 1 ? 50 ㎛이다. 소성을 실시하는 경우 산화물 반도체 미립자의 박층이 일부 용착하지만, 그러한 용착은 본 발명을 위해서는 특별하게 지장은 없다.
In the present invention, the thickness of the thin film on the substrate is 1? 200 micrometers is suitable, Preferably it is 1? 50 μm. Although some thin layers of oxide semiconductor fine particles are welded when firing, such welding is not particularly troubled for the present invention.

또한 상기 산화물 반도체 박막에 2차 처리를 실시할 수도 있다. 일 예로 반도체와 동일한 금속의 알콕사이드, 염화물, 질소화물, 황화물 등의 용액에 직접, 기판별로 박막을 침적시켜서 건조 혹은 재소성함으로써 반도체 박막의 성능을 향상시킬 수도 있다. 금속 알콕사이드로서는 티탄에톡사이드, 티탄니움이소프로 에폭사이드, 티탄 t-부톡사이드, n-디부틸-디아세틸 주석 등을 들 수 있고, 그것들의 알코올 용액을 이용할 수 있다. 염화물로서는 예를 들면 사염화티탄, 사염화주석, 염화아연 등을 들 수 있고, 그 수용액을 이용할 수 있다. 이렇게 하여 수득된 산화물 반도체 박막은 산화물 반도체의 미립자로 이루어져 있다.
In addition, the oxide semiconductor thin film may be subjected to secondary treatment. As an example, the performance of a semiconductor thin film may be improved by directly depositing a thin film for each substrate and drying or refiring it in a solution such as alkoxide, chloride, nitride or sulfide of the same metal as the semiconductor. Examples of the metal alkoxide include titanium ethoxide, titanium isopro epoxide, titanium t-butoxide, n-dibutyl-diacetyl tin and the like, and an alcohol solution thereof can be used. Examples of the chloride include titanium tetrachloride, tin tetrachloride, zinc chloride and the like, and an aqueous solution thereof can be used. The oxide semiconductor thin film thus obtained is composed of fine particles of an oxide semiconductor.

또한 본 발명에서 박막 상으로 형성된 산화물 반도체 미립자에 염료를 담지시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로서 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 용해할 수 있는 용매로 용해해서 얻은 용액, 또는 염료를 분산시켜서 얻은 분산액에 상기 산화물 반도체 박막이 설치된 기판을 침지시키는 방법을 들 수 있다. 용액 또는 분산액 중의 농도는 염료에 의해 적당하게 결정할 수 있다. 침적시간은 대체로 상온에서 용매의 비점까지이고, 또 침적시간은 1분에서 48시간 정도이다. 염료를 용해시키는데 사용할 수 있는 용매의 구체적인 예로는 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 아세톤, t-부탄올 등을 들 수 있다. 용액의 염료 농도는 보통 1× 10-6 M ? 1 M이 적합하고, 바람직하게는 1× 10-5 M ? 1× 10-1 M 일 수 있다. 이렇게 해서 염료로 증감된 박막 상의 산화물 반도체 미립자를 가진 본 발명의 광전변환소자를 얻을 수 있다.
In addition, the method of supporting the dye on the oxide semiconductor fine particles formed in the thin film phase in the present invention is not particularly limited, as a specific example by dispersing a solution obtained by dissolving the dye represented by the formula (1) in a solvent capable of dissolving, or dye The method of immersing the board | substrate with which the said oxide semiconductor thin film was provided in the obtained dispersion liquid is mentioned. The concentration in the solution or dispersion can be appropriately determined by the dye. The deposition time is usually from room temperature to the boiling point of the solvent, and the deposition time is about 1 minute to 48 hours. Specific examples of the solvent that can be used to dissolve the dye include methanol, ethanol, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetone, t-butanol and the like. The dye concentration of the solution is usually 1 × 10 -6 M? 1 M is suitable, preferably 1 × 10 −5 M? It may be 1 × 10 −1 M. In this way, the photoelectric conversion element of this invention which has oxide semiconductor microparticles | fine-particles on the thin film sensitized with dye can be obtained.

본 발명에서 담지하는 화학식 1의 표시되는 염료는 1종류일 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한 혼합하는 경우에는 본 발명의 염료와 함께 다른 염료나 금속 착체 염료를 혼합할 수 있다. 혼합할 수 있는 금속 착체 염료의 예는 특별하게 제한되지 않지만, 루테늄 착체나 그 4급염, 프탈로시아닌, 포르피린 등이 바람직하고, 혼합 이용하는 유기염료로는 무금속의 프탈로시아닌, 포르피린이나 시아닌, 메로시아닌, 옥소놀, 트리페닐메탄계, WO2002/011213호에 제시되는 아크릴산계 염료 등의 메틴계 염료나, 크산텐계, 아조계, 안트라퀴논계, 페릴렌계 등의 염료를 들 수 있다(문헌[M.K.Nazeeruddin, A.Kay, I.Rodicio, R.Humphry-Baker, E.Muller, P.Liska, N.Vlachopoulos, M.Gratzel, J. Am. Chem. Soc., 제115권, 6382쪽(1993년)] 참조). 염료를 2종 이상 이용하는 경우에는 염료를 반도체 박막에 차례로 흡착시킬 수도, 혼합 용해해서 흡착시킬 수도 있다.
The dye represented by the formula (1) supported by the present invention may be one kind or may be used by mixing two or more kinds. In addition, when mixing, another dye or a metal complex dye can be mixed with the dye of this invention. Examples of the metal complex dyes that can be mixed are not particularly limited, but ruthenium complexes, quaternary salts thereof, phthalocyanine, porphyrin, and the like are preferable, and organic dyes used for mixing include metal-free phthalocyanine, porphyrin, cyanine, merocyanine, Methine dyes such as oxonol, triphenylmethane, and acrylic acid dyes as shown in WO2002 / 011213, and dyes such as xanthene, azo, anthraquinone and perylene-based dyes (MK Nazeeruddin, A). .Kay, I.Rodicio, R.Humphry-Baker, E.Muller, P.Liska, N.Vlachopoulos, M.Gratzel, J. Am. Chem. Soc., Vol. 115, 6382 (1993)]. ). In the case of using two or more kinds of dyes, the dyes may be adsorbed onto the semiconductor thin film in sequence, or may be mixed and dissolved and adsorbed.

또한 본 발명에서 산화물 반도체 미립자의 박막에 염료를 담지할 때, 염료끼리의 결합을 방지하기 위해서 포섭 화합물의 존재 하에서 염료를 담지하는 것이 좋다. 상기 포섭화합물로서는 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨 등의 콜산류, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산 등의 스테로이드계 화합물, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌, 폴리에틸렌옥사이드 등을 사용할 수 있다.
In the present invention, when the dye is supported on the thin film of the oxide semiconductor fine particles, it is preferable to support the dye in the presence of the inclusion compound in order to prevent the dyes from bonding. Examples of the inclusion compound include carboxylic acids such as deoxycholic acid, dehydrodeoxycholic acid, kenodeoxycholic acid, methyl ester of cholate and sodium cholate, steroid compounds such as polyethylene oxide and cholic acid, crown ether, cyclodextrin, and callix arene, Polyethylene oxide and the like can be used.

또한, 염료를 담지시킨 후, 4-t-부틸 피리딘 등의 아민 화합물이나 초산, 프로피온산 등의 산성기를 가지는 화합물 등으로 반도체 전극표면을 처리할 수 있다. 처리방법은 예를 들면 아민의 에탄올 용액에 염료를 담지한 반도체 미립자 박막이 설치된 기판을 담그는 방법 등이 사용될 수 있다.
After the dye is supported, the semiconductor electrode surface can be treated with an amine compound such as 4-t-butyl pyridine or a compound having an acidic group such as acetic acid or propionic acid. As a treatment method, for example, a method of dipping a substrate provided with a thin film of semiconductor fine particles in which a dye is supported in an amine ethanol solution may be used.

또한 본 발명은 상기 염료감응 광전변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지를 제공하는 바, 상기 화학식 1로 표시되는 염료를 담지시킨 산화물 반도체 미립자를 이용한 염료증감 광전변환소자를 사용하는 것 이외에 종래 광전변환소자를 사용하여 태양전지를 제조하는 통상의 방법들이 적용될 수 있음은 물론이며, 구체적인 예로 상기 산화물 반도체 미립자에 화학식 1로 표시되는 염료를 담지시킨 광전변환소자 전극(음극), 대전극(양극), 산화환원 전해질, 정공수송 재료 또는 p형 반도체 등으로 구성될 수 있다.
In another aspect, the present invention provides a dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized photoelectric conversion device, using a dye-sensitized photoelectric conversion device using the oxide semiconductor fine particles carrying the dye represented by the formula (1) In addition, conventional methods for manufacturing a solar cell using a conventional photoelectric conversion device may be applied, and, as a specific example, a photoelectric conversion device electrode (cathode) and a counter electrode supporting the dye represented by Formula 1 on the oxide semiconductor fine particles. (Anode), a redox electrolyte, a hole transport material, a p-type semiconductor, or the like.

정공수송 재료로서는 아민 유도체나 폴리아세티틸렌, 폴리아닐린, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자, 트리페닐렌계 화합물 등의 디스코테크 액정상을 이용하는 물건 등을 사용할 수 있다. 또한 p형 반도체로서는 CuI, CuSCN 등을 사용할 수 있다. 대전극으로는 도전성을 가지고 있으며, 산화환원 전해질의 환원 반응을 촉매적으로 작용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 글라스 또는 고분자 필름에 백금, 카본, 로듐, 루테늄 등을 증착하거나, 도전성 미립자를 도포한 것을 사용할 수 있다.
Examples of the hole transport material include an amine derivative, a conductive polymer such as polyacetylene, polyaniline, and polythiophene, and an object using a discotech liquid crystal phase such as triphenylene-based compound. Moreover, CuI, CuSCN, etc. can be used as a p-type semiconductor. It is preferable that the counter electrode has conductivity and catalyzes the reduction reaction of the redox electrolyte. For example, platinum, carbon, rhodium, ruthenium, or the like deposited on glass or a polymer film, or coated with conductive fine particles can be used.

본 발명의 태양전지에 이용하는 산화환원 전해질로서는 할로겐 이온을 대이온으로 하는 할로겐 화합물 및 할로겐 분자로 구성되는 할로겐 산화환원계 전해질, 페로시안산염이나 페로센-페리시늄 이온, 코발트 착체 등의 금속착체 등의 금속 산화환원계 전해질, 알킬티올-알킬디설피드, 비올로겐 염료, 하이드로퀴논-퀴논 등의 유기산화 환원계 전해질 등을 사용할 수 있으며, 할로겐 산화환원계 전해질이 바람직하다. 할로겐 화합물-할로겐 분자로 구성되는 할로겐 산화환원계 전해질에 있어서의 할로겐 분자로서는 요오드 분자가 바람직하다. 또한 할로겐 이온을 대이온으로 하는 할로겐 화합물로서는 LiI, NaI, KI, CaI2, MgI2, CuI 등의 할로겐화 금속염, 또는 테트라알킬암모늄요오드, 이미다졸리움요오드, 피리디움 요오드 등의 할로겐의 유기 암모늄염, 또는 I2를 사용할 수 있다.
Examples of the redox electrolyte used in the solar cell of the present invention include a halogen redox electrolyte containing halogen ions as a counter ion and a halogen redox electrolyte composed of halogen molecules, metal complexes such as ferrocyanate, ferrocene-ferricinium ions, and cobalt complexes. Organic redox electrolytes such as metal redox electrolytes, alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, hydroquinone-quinones, and the like, and halogen redox electrolytes are preferable. As a halogen molecule in the halogen redox electrolyte composed of halogen compound-halogen molecules, an iodine molecule is preferable. As a halogen compound having a halogen ion as a large ion, halogenated metal salts such as LiI, NaI, KI, CaI 2 , MgI 2 and CuI, or organic ammonium salts of halogens such as tetraalkylammonium iodine, imidazolium iodine and pyridium iodine, Or I 2 can be used.

또한 산화환원 전해질은 이를 포함하는 용액의 형태로 구성되어 있는 경우, 그 용매로는 전기 화학적으로 불활성인 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서 아세토니트릴, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 메톡시아세토니트릴, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 부틸로락톤, 디메톡시에탄, 디메틸카보네이트, 1,3-디옥소란, 메틸포르메이트, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 3-메톡시-옥사졸리딘-2-온, 설포란, 테트라하이드로퓨란, 물 등을 들 수 있으며, 특히 아세토니트릴, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 에틸렌글리콜, 3-메톡시-옥사졸리딘-2-온, 부틸로락톤 등이 바람직하다. 상기 용매들은 1종 또는 혼합해서 사용할 수 있다. 겔상 양전해질의 경우에는 올리고머 및 폴리머 등의 매트릭스에 전해질 또는 전해질 용액을 함유시킨 것이나, 전분자 겔화제 등에 동일하게 전해질 또는 전해질 용액을 함유시킨 것을 사용할 수 있다. 산화환원 전해질의 농도는 0.01 - 99 중량%인 것이 좋으며, 0.1 - 30 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
In addition, when the redox electrolyte is configured in the form of a solution containing the same, an electrochemically inert one may be used as the solvent. Specific examples include acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxy propionitrile, methoxy acetonitrile, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, butyrolactone, dimethoxyethane, dimethyl carbonate, 1,3-dioxolane, methylformate, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methoxy-oxazolidin-2-one, sulfolane, tetrahydrofuran, water, and the like, in particular acetonitrile, Propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxypropionitrile, ethylene glycol, 3-methoxy-oxazolidin-2-one, butyrolactone and the like are preferred. The solvents may be used alone or in combination. In the case of a gel positive electrolyte, one containing an electrolyte or an electrolyte solution in a matrix such as an oligomer and a polymer, or one containing an electrolyte or an electrolyte solution in the same manner as a starch gelling agent can be used. The concentration of the redox electrolyte is preferably 0.01 to 99% by weight, more preferably 0.1 to 30% by weight.

본 발명의 태양전지는 기판상의 산화물 반도체 미립자에 염료를 담지한 광전변환소자(음극)에 그것과 대치하도록 대전극(양극)을 배치하고 그 사이에 산화환원 전해질을 함유하는 용액을 충전하는 것에 의하여 얻어질 수 있다.
In the solar cell of the present invention, a counter electrode (anode) is disposed in a photoelectric conversion element (cathode) on which a dye is carried on an oxide semiconductor fine particle on a substrate so as to face it, and a solution containing a redox electrolyte is filled therebetween. Can be obtained.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these Examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention will not be construed as being limited by these Examples.

분석방법Analysis method

모든 반응은 아르곤 분위기 하에서 수행되었고, 용매는 스그마-알드리치(Sigma-Aldrich), 티씨아이(TCI) 및 오가닉스(Organics)사에서 구입한 적합한 시약으로 증류되었다. 1H 스펙트럼 및 13C 스펙트럼은 Varian Mercury 600 스펙트로미터로 측정하였다. 원소 분석은 Carlo Elba 장비 CHNS-OEA 1108 분석기로 수행하였고, 질량 스펙트럼은 JEOL JMS-SX102A 장비로 측정하였다. 흡광 및 광발광(photolumonescence) 스펙트럼은 Perkin-Elmer Lambda 2S UV- visible 스펙트로미터 및 Perkins LS 형광 스펙트로미터로 각각 측정하였다.
All reactions were performed under argon atmosphere and the solvent was distilled off with suitable reagents purchased from Sigma-Aldrich, TCI and Organics. 1 H spectra and 13 C spectra were measured with a Varian Mercury 600 spectrometer. Elemental analysis was performed with a Carlo Elba instrument CHNS-OEA 1108 analyzer, and mass spectra were measured with a JEOL JMS-SX102A instrument. Absorption and photolumonescence spectra were measured with a Perkin-Elmer Lambda 2S UV-visible spectrometer and a Perkins LS fluorescence spectrometer, respectively.

본 발명의 실시예에서는 하기 반응식 2와 같은 방법으로 스쿠아레인계 염료를 제조하였다.In the embodiment of the present invention was prepared squaraine-based dye in the same manner as in Scheme 2.

[반응식 2]Scheme 2

Figure pat00038

Figure pat00038

실시예Example 1: 1-1a(염료  1: 1-1a (dye JKJK 216)의 제조 216 Preparation

1-1. N-(9,9-디메틸-9H-1-1. N- (9,9-dimethyl-9H- 플루오렌Fluorene -2-일)-9,9-디메틸-N-(4-(5-(1--2-yl) -9,9-dimethyl-N- (4- (5- (1- 메틸methyl -1H-피롤 -2-일)티오펜-2-일)-1H-pyrrole-2-yl) thiophen-2-yl) 페닐Phenyl )-9H-) -9H- 플루오렌Fluorene -2--2- 아민(Amine ( 5-1a5-1a )의)of 제조 Produce

질소분위기 하에서 N-(4-(5-브로모티오펜-2-일)페닐)-N-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민 (0.4 g, 0.62 mmol), 1-메틸-2-(트리메틸스탄닐)-1H-피롤 (0.17 g, 0.74 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.072 g, 0.062 mmol)의 혼합물을 건식 톨루엔(40 ml)에 넣고 2일간 환류(reflux)하였다. 상온으로 식혀준 뒤 용액을 증발시켰다. 잔여물을 염화메틸렌에 녹인 뒤 증류수로 2회 세척하였다. 유기층을 분리하고 무수 황산 마그네슘으로 건조하였다. 용매를 감압조건 하에서 제거하고 실리카겔 크로마토그래피(용리액, CH2Cl2:헥산=1:4)로 분리하여 표제 화합물 5-1a를 얻었다. N- (4- (5-bromothiophen-2-yl) phenyl) -N- (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) -9,9-dimethyl-9H-flu under nitrogen atmosphere Of oren-2-amine (0.4 g, 0.62 mmol), 1-methyl-2- (trimethylstannyl) -1H-pyrrole (0.17 g, 0.74 mmol) and Pd (PPh 3 ) 4 (0.072 g, 0.062 mmol) The mixture was placed in dry toluene (40 ml) and refluxed for 2 days. After cooling to room temperature, the solution was evaporated. The residue was dissolved in methylene chloride and washed twice with distilled water. The organic layer was separated and dried over anhydrous magnesium sulfate. The solvent was removed under reduced pressure and separated by silica gel chromatography (eluent, CH 2 Cl 2 : hexane = 1: 4) to give the title compound 5-1a .

융점: 113℃ Melting Point : 113 ℃

MS: m/z 637 [M+] MS : m / z 637 [M +]

1 H NMR ( CDCl 3 ) : δ 7.65 (d, 2H, 3J = 7.8 Hz), 7.61 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.51 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), , 7.36 (d, 2H, 3J = 7.2 Hz), 7.32 (t, 2H), 7.28 ~ 7.23 (m, 4H), 7.20 (d, 1H, 3J = 3.6 Hz), 7.18 (d, 2H, 3J = 9.0 Hz), 7.11(dd, 2H, 3J = 7.2 Hz), 6.97 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 6.71 (m, 1H), 6.36 (m, 1H), 6.17 (m,1H), 3.77 (s, 3H), 1.40 (s, 12H). 1 H NMR ( CDCl 3 ) : δ 7.65 (d, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 7.61 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.51 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz),, 7.36 (d, 2H, 3 J = 7.2 Hz), 7.32 (t, 2H), 7.28 to 7.23 (m, 4H), 7.20 (d, 1H, 3 J = 3.6 Hz), 7.18 (d, 2H, 3 J = 9.0 Hz), 7.11 (dd, 2H, 3 J = 7.2 Hz), 6.97 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 6.71 (m, 1H), 6.36 (m, 1H), 6.17 (m, 1H) , 3.77 (s, 3 H), 1.40 (s, 12 H).

13 C NMR ( CDCl 3 ) : δ 155.3, 153.7, 147.4, 147.2, 139.1, 134.5, 133.8, 128.8, 128.5, 127.5, 127.2, 126.7, 126.5, 125.8, 124.4, 124.1, 123.4, 122.7, 122.6, 120.8, 119.6, 118.8, 110.5, 108.1, 47.0, 35.6, 27.2. 13 C NMR ( CDCl 3 ) : δ 155.3, 153.7, 147.4, 147.2, 139.1, 134.5, 133.8, 128.8, 128.5, 127.5, 127.2, 126.7, 126.5, 125.8, 124.4, 124.1, 123.4, 122.7, 122.6, 120.8, 119.6 , 118.8, 110.5, 108.1, 47.0, 35.6, 27.2.

C 45 H 38 N 2 S 에 대한 이론치: C, 84.60; H, 6.00, 실측치: C, 84.35; H, 6.11.
Theoretical for C 45 H 38 N 2 S : C, 84.60; H, 6.00. Found : C, 84.35; H, 6.11.

1-2. 3-(5-(5-(4-(1-2. 3- (5- (5- (4- ( 비스(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노Bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino )) 페닐Phenyl )) 티오 펜Thiophene -2-일)-1--2-yl) -1- 메틸methyl -1H-피롤-2-일)-4--1H-pyrrole-2-yl) -4- 히드록시시클로부트Hydroxycyclobut -3-엔-1,2--3-yen-1,2- 디온(Dion 6-1a6-1a )의)of 제조 Produce

건식 Et2O(20ml)에서 상기 화합물 5-1a에 스쿠아릴리움 클로라이드(0.047 g, 0.31 mmol)를 첨가하였더니 혼합액이 짙은 황색으로 변하고 붉은색의 침전물이 형성되었다. 혼합액을 상온에서 1시간 동안 교반하였다. 혼합물을 약 20ml 부피로 농축시킨 뒤 붉은색 침전물을 필터로 거르고 필터에서 헥산으로 세척하였더니 에미클로라이드(emichloride)가 그에 상응하는 에미스쿠아레인 (emisquaraine)으로 변하였다. 붉은색 침전물은 20ml의 아세톤 및 0.2ml의 NEt3에 녹였다. 상온에서 6시간 동안 교반시킨 뒤 용매를 제거하였다. 잔여물물을 염화메틸렌으로 녹인 뒤 증류수로 2회 세척하였다. 유기층을 분리하고 무수 황산 마그네슘으로 건조하였다. 용매를 감압조건 하에서 제거하고 실리카겔 크로마토그래피(용리액, CH2Cl2:메탄올=10:1)로 분리하여 표제 화합물 6-1a를 얻었다. Squarylium chloride (0.047 g, 0.31 mmol) was added to the compound 5-1a in dry Et 2 O (20 ml), and the mixed solution turned dark yellow and a red precipitate formed. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. The mixture was concentrated to a volume of about 20 ml and then the red precipitate was filtered off with a filter and washed with hexane in the filter, whereupon the emichloride turned to the corresponding emisquaraine. The red precipitate was dissolved in 20 ml of acetone and 0.2 ml of NEt 3 . After stirring for 6 hours at room temperature, the solvent was removed. The residue was dissolved in methylene chloride and washed twice with distilled water. The organic layer was separated and dried over anhydrous magnesium sulfate. The solvent was removed under reduced pressure and separated by silica gel chromatography (eluent, CH 2 Cl 2 : methanol = 10: 1) to give the title compound 6-1a .

융점: 153℃ Melting Point : 153 ℃

MS: m/z 734 [M+]. MS : m / z 734 [M < + >].

1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 7.76 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.74 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.61 (d, 2H, 3J = 7.8 Hz), 7.50 (d, 2H, 3J = 7.2 Hz), 7.45 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 7.33 ~ 7.26 (m, 7H), 7.11 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.05 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 6.90 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 6.45 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 4.16 (s, 3H), 1.37 (s, 12H). 1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 7.76 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.74 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.61 (d, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 7.50 (d, 2H, 3 J = 7.2 Hz), 7.45 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 7.33 to 7.26 (m, 7H), 7.11 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.05 ( d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 6.90 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 6.45 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 4.16 (s, 3H), 1.37 (s, 12H) .

13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 194.3, 192.2, 191.1, 155.4, 153.7, 147.5, 147.2, 143.1, 138.7, 135.8, 129.6, 129.2, 128.4, 127.8, 126.7, 126.1, 125.4, 124.4, 124.0, 123.7, 122.1, 121.6, 121.1, 120.4, 118.8, 111.1, 109.1, 47.2, 35.5, 27.2. 13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 194.3, 192.2, 191.1, 155.4, 153.7, 147.5, 147.2, 143.1, 138.7, 135.8, 129.6, 129.2, 128.4, 127.8, 126.7, 126.1, 125.4, 124.4, 124.0, 123.7 , 122.1, 121.6, 121.1, 120.4, 118.8, 111.1, 109.1, 47.2, 35.5, 27.2.

C 49 H 38 N 2 O 3 S 에 대한 이론치: C, 80.08; H, 5.21, 실측치: C, 80.65; H, 5.11.
Theoretical for C 49 H 38 N 2 O 3 S : C, 80.08; H, 5.21. Found : C, 80.65; H, 5.11.

1-3. (E)-2-(5-(5-(4-(1-3. (E) -2- (5- (5- (4- ( 비스(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노Bis (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) amino )) 페닐Phenyl ) 티오펜-2-일)-1-) Thiophen-2-yl) -1- 메틸methyl -1H-피롤-2-일)-4-((5--1H-pyrrole-2-yl) -4-((5- 카복시Carboxy -3,3-디메틸-1--3,3-dimethyl-1- 옥틸Octyl -3H--3H- 인돌륨Indolium -2-일) 메틸렌)-3--2-yl) methylene) -3- 옥소시클로부트Oxocyclobut -1--One- 엔올레이트(Enolate ( 1-1a1-1a )의)of 제조 Produce

상기 6-1a의 화합물(0.1g 0.13 mmol)과 5-카복시-2,3,3-트리메틸-1-옥틸-3H-인돌륨 (0.06 g 0.13 mmol)을 30ml의 벤젠과 30ml의 부탄올의 혼합액에 녹였다. 혼합물을 Dean-Stark 장치로 18시간 동안 환류 시켰다. 생성물이 침전될때까지 용매를 부분적으로 제거하고, 실리카겔 크로마토그래피(용리액, CH2Cl2:메탄올=10:1)로 표제 화합물 1-1a을 얻었다.Compound 6-1a (0.1 g 0.13 mmol) and 5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium (0.06 g 0.13 mmol) were added to a mixture of 30 ml of benzene and 30 ml of butanol. Melted. The mixture was refluxed for 18 hours with Dean-Stark apparatus. The solvent was partially removed until the product precipitated, and silica gel chromatography (eluent, CH 2 Cl 2 : methanol = 10: 1) gave the title compound 1-1a .

융점: 178℃ Melting Point : 178 ℃

MS: m/z 1031 [M+]. MS : m / z 1031 [M < + >].

1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 8.14 (s, 1H), 8.04 (d, 1H, 3J = 8.4 Hz), 7.72 (m, 3H), 7.67 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.62 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.59 (d, 1H, 3J = 3.6 Hz), 7.56 (d, 1H, 3J = 3.6 Hz), 7.52 (d, 2H, 3J = 7.2 Hz), 7.49 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 7.35 ~ 7.27 (m, 6H), 7.12 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.05 (d, 2H, 3J = 7.8 Hz), 6.85 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 6.11 (s, 1H), 4.36 (s, 3H), 4.27 (m, 2H), 1.76 (s, 6H), 1.51 (m, 2H), 1.39 (s, 12H), 1.34 ~ 1.20 (m, 10H), 0.84 (m, 3H). 1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 8.14 (s, 1H), 8.04 (d, 1H, 3 J = 8.4 Hz), 7.72 (m, 3H), 7.67 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz) , 7.62 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.59 (d, 1H, 3 J = 3.6 Hz), 7.56 (d, 1H, 3 J = 3.6 Hz), 7.52 (d, 2H, 3 J = 7.2 Hz), 7.49 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 7.35 to 7.27 (m, 6H), 7.12 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.05 (d, 2H, 3 J = 7.8 Hz) , 6.85 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 6.11 (s, 1H), 4.36 (s, 3H), 4.27 (m, 2H), 1.76 (s, 6H), 1.51 (m, 2H), 1.39 (s, 12H), 1.34-1.20 (m, 10H), 0.84 (m, 3H).

13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 197.7, 193.9, 181.5, 162.1, 159.1, 158.3, 155.9, 151.7, 148.1, 147.8, 146.6, 145.9, 144.2, 140.3, 139.6, 137.9, 135.4, 134.6, 131.8, 129.9, 129.6, 128.4, 128.1, 127.6, 125.0, 123.9, 122.1, 121.6, 121.0, 120.7, 119.0, 117.7, 113.1, 110.0, 109.5, 108.1, 54.9, 47.5, 35.7, 33.7, 31.3, 28.9, 27.1, 26.7, 26.0, 25.1, 22.0, 20.8, 13.9. 13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 197.7, 193.9, 181.5, 162.1, 159.1, 158.3, 155.9, 151.7, 148.1, 147.8, 146.6, 145.9, 144.2, 140.3, 139.6, 137.9, 135.4, 134.6, 131.8, 129.9 , 129.6, 128.4, 128.1, 127.6, 125.0, 123.9, 122.1, 121.6, 121.0, 120.7, 119.0, 117.7, 113.1, 110.0, 109.5, 108.1, 54.9, 47.5, 35.7, 33.7, 31.3, 28.9, 27.1, 26.7, 26.0 , 25.1, 22.0, 20.8, 13.9.

C 69 H 65 N 3 O 4 S 에 대한 이론치: C, 80.28; H, 6.35; N, 4.07, 실측치: C, 79.99; H, 6.41; N, 4.11.
Theoretical for C 69 H 65 N 3 O 4 S : C, 80.28; H, 6. 35; N, 4.07. Found : C, 79.99; H, 6. 41; N, 4.11.

실시예Example 2: 1-1b(염료  2: 1-1b (dye JKJK 217)의 제조 217)

2-1. 7-(2-1. 7- ( 헥실록시Hexyloxy )-N-(7-() -N- (7- ( 헥실록시Hexyloxy )-9,9-디메틸-9H-) -9,9-dimethyl-9H- 플루오렌Fluorene -2-일)-9,9-2-yl) -9,9- 디 메틸Dimethyl -N-(4-(5-(1--N- (4- (5- (1- 메틸methyl -1H-피롤-2-일)티오펜-2-일)-1H-pyrrole-2-yl) thiophen-2-yl) 페닐Phenyl )-9H-) -9H- 플루오렌Fluorene -2-아민 (2-amine ( 5-1b5-1b )의 제조Manufacturing

N-(4-(5-브로모티오펜-2-일)페닐)-N-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민 대신에 N-(4-(5-브로모티오펜-2-일)페닐)-7-(헥실 록시)-N-(7-(헥실록시)-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민(0.4 g, 0.48 mmol)을 사용하여 상기 실시예 1의 1-1과 동일한 방법으로 표제 화합물 5-1b를 얻었다.N- (4- (5-bromothiophen-2-yl) phenyl) -N- (9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl) -9,9-dimethyl-9H-fluorene-2 N- (4- (5-bromothiophen-2-yl) phenyl) -7- (hexyloxy) -N- (7- (hexyloxy) -9,9-dimethyl-9H-flu instead of an amine The title compound 5-1b was obtained by the same method as 1-1 of Example 1 using oren-2-yl) -9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine (0.4 g, 0.48 mmol). .

융점: 96℃ Melting Point : 96 ℃

MS: m/z 838 [M+]. MS : m / z 838 [M < + >].

1 H NMR ( CDCl 3 ) : δ 7.54 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.50 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.48 (d, 2H, 3J = 9.0 Hz), 7.20 (s, 2H), 7.19 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 7.16 (d, 2H, 3J = 9.0 Hz), 7.07 (dd, 2H, 3J = 7.8 Hz), 6.97 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 6.93 (s, 2H), 6.86 (dd, 2H, 3J = 7.8 Hz), 6.70 (m, 1H), 6.36 (m, 1H), 6.17 (m, 1H), 4.01 (t, 4H), 3.77 (s, 3H), 1.84 (m, 4H), 1.49 (m, 4H), 1.39 (s, 12H), 1.36 (m, 8H), 0.91 (t, 6H). 1 H NMR ( CDCl 3 ) : δ 7.54 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.50 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.48 (d, 2H, 3 J = 9.0 Hz), 7.20 ( s, 2H), 7.19 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 7.16 (d, 2H, 3 J = 9.0 Hz), 7.07 (dd, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 6.97 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 6.93 (s, 2H), 6.86 (dd, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 6.70 (m, 1H), 6.36 (m, 1H), 6.17 (m, 1H), 4.01 ( t, 4H), 3.77 (s, 3H), 1.84 (m, 4H), 1.49 (m, 4H), 1.39 (s, 12H), 1.36 (m, 8H), 0.91 (t, 6H).

13 C NMR ( CDCl 3 ) : δ 158.9, 155.6, 154.8, 147.7, 146.2, 134.6, 131.9, 128.0, 126.4, 125.8, 124.3, 123.6, 123.1, 122.5, 122.1, 120.3, 119.8, 119.0, 117.7, 113.1, 110.0, 109.5, 108.1, 68.5, 47.0, 35.5, 31.8, 29.6, 27.3, 26.0, 22.8, 14.2. 13 C NMR ( CDCl 3 ) : δ 158.9, 155.6, 154.8, 147.7, 146.2, 134.6, 131.9, 128.0, 126.4, 125.8, 124.3, 123.6, 123.1, 122.5, 122.1, 120.3, 119.8, 119.0, 117.7, 113.1, 110.0 , 109.5, 108.1, 68.5, 47.0, 35.5, 31.8, 29.6, 27.3, 26.0, 22.8, 14.2.

C 57 H 62 N 2 O 2 S 에 대한 이론치: C, 81.85; H, 7.45, 실측치: C, 81.99; H, 7.31.
Theoretical for C 57 H 62 N 2 O 2 S : C, 81.85; H, 7.45. Found : C, 81.99; H, 7.31.

2-2. 3-(5-(5-(4-(2-2. 3- (5- (5- (4- ( 비스Vis (7-((7- ( 헥실록시Hexyloxy )-9,9-디메틸-9H-) -9,9-dimethyl-9H- 플루오렌Fluorene -2-일) 아미 노)-2- days) amino) 페닐Phenyl )티오펜-2-일)-1-) Thiophen-2-yl) -1- 메틸methyl -1H-피롤-2-일)-4--1H-pyrrole-2-yl) -4- 히드록시시클로부트Hydroxycyclobut -3-엔-1,2--3-yen-1,2- 디온(Dion 6-1b6-1b )의 제조Manufacturing

상기 실시예 1의 5-1a 화합물 대신에 상기 5-1b화합물을 사용하여 상기 실시예 1의 1-2와 동일한 방법으로 표제 화합물 6-1b를 얻었다.The title compound 6-1b was obtained in the same manner as in Example 1-2, using the 5-1b compound instead of the 5-1a compound of Example 1.

융점: 139℃ Melting Point : 139 ℃

MS: m/z 934 [M+]. MS : m / z 934 [M < + >].

1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 7.63 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.61 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.58 (d, 2H, 3J = 7.8 Hz), 7.42 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 7.24 (m, 2H), 7.09 (s, 2H), 7.05 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 7.00 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 6.90 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 6.87 (d, 2H, 3J = 8.4 Hz), 6.44 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 4.16 (s, 3H), 3.99 (t, 4H), 1.72 (m, 4H), 1.45 (m, 4H), 1.34 (s, 12H), 1.31 (m, 8H), 0.88 (t, 6H). 1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 7.63 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.61 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.58 (d, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 7.42 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 7.24 (m, 2H), 7.09 (s, 2H), 7.05 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 7.00 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 6.90 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 6.87 (d, 2H, 3 J = 8.4 Hz), 6.44 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 4.16 (s, 3H), 3.99 (t, 4H), 1.72 (m, 4H), 1.45 (m, 4H), 1.34 (s, 12H), 1.31 (m, 8H), 0.88 (t, 6H).

13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 193.1, 192,5, 191.4, 159.2, 157.4, 157.1, 149.7, 148.8, 136.1, 135.8, 130.7, 128.9, 127.1, 126.3, 124.6, 124.2, 123.6, 122.8, 120.6, 120.1, 119.4, 118.3, 113.9 111.2, 110.2, 109.2, 68.4, 47.2, 35.8, 31.9, 28.9, 27.5, 26.1, 22.4, 14.3. 13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 193.1, 192,5, 191.4, 159.2, 157.4, 157.1, 149.7, 148.8, 136.1, 135.8, 130.7, 128.9, 127.1, 126.3, 124.6, 124.2, 123.6, 122.8, 120.6 , 120.1, 119.4, 118.3, 113.9 111.2, 110.2, 109.2, 68.4, 47.2, 35.8, 31.9, 28.9, 27.5, 26.1, 22.4, 14.3.

C 61 H 62 N 2 O 5 S 에 대한 이론치: C, 78.34; H, 6.68, 실측치: C, 78.01; H, 6.49.
Theoretical for C 61 H 62 N 2 O 5 S : C, 78.34; H, 6.68. Found: C, 78.01; H, 6.49.

2-3. (E)-2-(5-(5-(4-(2-3. (E) -2- (5- (5- (4- ( 비스Vis (7-(7- 헥실록시Hexyloxy )-9,9-디메틸-9H-) -9,9-dimethyl-9H- 플루오렌Fluorene -2-일) 아미노)-2-yl) amino) 페닐Phenyl )티오펜-2-일)-1-) Thiophen-2-yl) -1- 메틸methyl -1H-피롤-2-일)-4-((5--1H-pyrrole-2-yl) -4-((5- 카복시Carboxy -3,3-디메틸-1--3,3-dimethyl-1- 옥틸Octyl -3H-인돌륨-2-일)메틸렌)-3--3H-indolium-2-yl) methylene) -3- 옥소시클로부트Oxocyclobut -1--One- 엔올레이트Enolate ( ( 1-1b1-1b )의 제조.Manufacture).

상기 실시예 1의 6-1a 화합물 대신에 상기 6-1b(0.1g 0.08 mmol) 화합물을 사용하여 상기 실시예 1의 1-3과 동일한 방법으로 표제 화합물 1-1b를 얻었다.The title compound 1-1b was obtained by the same method as the Example 1-3, using 6-1b (0.1g 0.08 mmol) compound instead of 6-1a compound of Example 1.

융점: 162℃ Melting Point : 162 ℃

MS: m/z 1231 [M+]. MS : m / z 1231 [M < + >].

1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 8.13 (s, 1H), 8.01 (d, 1H, 3J = 7.2 Hz), 7.65 ~ 7.62 (m, 7H), 7.59 (m, 1H), 7.54 (m, 1H), 7.47 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 7.26 (s, 2H), 7.10 (s, 2H), 7.06 (d, 2H, 3J = 7.8 Hz), 7.02 (d, 2H, 3J = 7.8 Hz), 6.88 (d, 2H, 3J = 9 Hz), 6.85 (d, 1H, 3J = 4.2 Hz), 6.09 (s, 1H), 4.35 (s, 3H), 4.29 (m, 2H), 4.00 (t, 4H), 1.75 (m, 8H), 1.73 (s, 6H), 1.44 (m, 10H), 1.35 (s, 12H), 1.34 ~ 1.23 (m, 10H), 0.89 (t, 6H), 0.82 (t, 3H). 1 H NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 8.13 (s, 1H), 8.01 (d, 1H, 3 J = 7.2 Hz), 7.65 to 7.62 (m, 7H), 7.59 (m, 1H), 7.54 (m , 1H), 7.47 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 7.26 (s, 2H), 7.10 (s, 2H), 7.06 (d, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 7.02 (d, 2H, 3 J = 7.8 Hz), 6.88 (d, 2H, 3 J = 9 Hz), 6.85 (d, 1H, 3 J = 4.2 Hz), 6.09 (s, 1H), 4.35 (s, 3H), 4.29 (m , 2H), 4.00 (t, 4H), 1.75 (m, 8H), 1.73 (s, 6H), 1.44 (m, 10H), 1.35 (s, 12H), 1.34-1.23 (m, 10H), 0.89 ( t, 6H), 0.82 (t, 3H).

13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 199.1, 195,5, 189.5, 177.3, 171.1, 162.6, 160.8, 159.7, 159.4, 154.3, 149.9, 148.1, 146.3, 145.9, 144.3, 137.1, 136.2, 135.1, 134.3, 133.6, 128.9, 128.3, 127.2, 126.8, 124.1, 123.7, 123.1, 122.5, 121.5, 121.1, 120.4, 118.1, 114.2, 113.1, 111.8, 110.5, 109.3, 68.4, 54.7, 47.5, 46.1, 35.9, 35.6, 33.2, 31.9, 31.7, 28.8, 28.1, 27.5, 27.2, 26.1, 25.8, 25.2, 24.8, 22.5, 22.1, 20.1, 13.7, 13.3. 13 C NMR ( DMSO - d 6 ) : δ 199.1, 195,5, 189.5, 177.3, 171.1, 162.6, 160.8, 159.7, 159.4, 154.3, 149.9, 148.1, 146.3, 145.9, 144.3, 137.1, 136.2, 135.1, 134.3 , 133.6, 128.9, 128.3, 127.2, 126.8, 124.1, 123.7, 123.1, 122.5, 121.5, 121.1, 120.4, 118.1, 114.2, 113.1, 111.8, 110.5, 109.3, 68.4, 54.7, 47.5, 46.1, 35.9, 35.6, 33.2 , 31.9, 31.7, 28.8, 28.1, 27.5, 27.2, 26.1, 25.8, 25.2, 24.8, 22.5, 22.1, 20.1, 13.7, 13.3.

C 81 H 89 N 3 O 6 S 에 대한 이론치: C, 78.92; H, 7.28; N, 3.41, 실측치: C, 78.77; H, 7.21; N, 3.29.
Theoretical for C 81 H 89 N 3 O 6 S : C, 78.92; H, 7. 28; N, 3.41. Found : C, 78.77; H, 7. 21; N, 3.29.

실시예Example 3: 염료감응태양전지의 제조 3: Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

FTO 유리 플레이트(Pilkington TEC Glass-TEC 8, Solar 2.3mm 두께)를 계면활성제를 사용하여 초음파 베스(bath)에서 30분간 세척한 뒤 물 및 에탄올로 씻어주었다. FTO 유리 플레이트를 70℃의 40mM TiCl4 수용액에 30분간 담지시킨 후 물과 에탄올로 씻어주었다. FTO 유리 플레이트 상의 투명한 나노결정 층을 닥터 블레이드를 이용하여 TiO2 페이스트(Soalronix, Ti-Nanoxide T/SP)를 인쇄한 뒤 25℃에서 2시간 동안 건조시켰다. TiO2 전극을 공기 흐름(air flow)하에서 325℃에서 5분간, 375℃에서 5분간, 450℃에서 5분간 및 500℃에서 15분간 점진적으로 가열하였다. TiO2 전극을 다시 ℃의 40mM TiCl4 수용액에 30분간 담지시키고, 500℃에서 30분간 소결하였다. 이어 TiO2 전극을 상기 실시예 1 및 2에서 제조한 1-1a 및 1-1b(3a,7a-히드록시-5b-콜산(Cheno)을 함유한 에탄올 중에 0.1 mM)에 상온에서 24시간 동안 담시시킨 뒤 초음파 베스에서 물, 아세톤 및 0.1M 염산 수용액으로 세척하였다. 대전극은 FTO 플레이트에 H2PtCl6 용액(에탄올 1ml 중에 백금 2g)의 액적을 코팅시키고, 400℃에서 15분간 열처리하여 제조하였다. 염료-흡착된 TiO2 전극 및 백금-대전극 사이에 스페이서(spacer)로서 고온용융필름(Surlyn)을 놓고 80℃로 가열하여 밀봉된 샌드위치형 전지를 조합한 뒤 고온용융필름과 덮개유리(0.1mm 두께)로 구멍을 밀봉하여 태양전지를 제조하였다.FTO glass plates (Pilkington TEC Glass-TEC 8, 2.3 mm thick Solar) were washed in an ultrasonic bath for 30 minutes using a surfactant and then washed with water and ethanol. The FTO glass plate was immersed in an aqueous 40 mM TiCl 4 solution at 70 ° C. for 30 minutes and then washed with water and ethanol. The transparent nanocrystalline layer on the FTO glass plate was printed on a TiO 2 paste (Soalronix, Ti-Nanoxide T / SP) using a doctor blade and then dried at 25 ° C. for 2 hours. The TiO 2 electrode was gradually heated under air flow at 325 ° C. for 5 minutes, at 375 ° C. for 5 minutes, at 450 ° C. for 5 minutes and at 500 ° C. for 15 minutes. The TiO 2 electrode was further immersed in an aqueous 40 mM TiCl 4 solution at 30 ° C. for 30 minutes and sintered at 500 ° C. for 30 minutes. The TiO 2 electrode was then immersed in 1-1a and 1-1b (0.1 mM in ethanol containing 3a, 7a-hydroxy-5b-cholic acid (Cheno)) prepared in Examples 1 and 2 for 24 hours at room temperature. After washing with water, acetone and 0.1M aqueous hydrochloric acid solution in an ultrasonic bath. The counter electrode was prepared by coating a droplet of H 2 PtCl 6 solution (2 g of platinum in 1 ml of ethanol) on an FTO plate and heat-treating at 400 ° C. for 15 minutes. Place a hot melt film (Surlyn) as a spacer between the dye-adsorbed TiO2 electrode and the platinum-electrode, and heat it to 80 ° C to assemble a sealed sandwich cell, and then hot melt film and cover glass (0.1 mm thick). The solar cell was manufactured by sealing the hole with).

이때, 태양전지에는 2개의 전해질(전해질 A 및 B)이 사용되었다. 전해질 A는 아세토니트릴에 용해된 0.6 M 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 0.05 M 요오드, 0.1 M 요오드화리튬, 0.1 M tert-부틸피리딘이며, 전해질 B는 MPN에 용해된 DMII / 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 요오드 / 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라시아노보레이트 / I2 /N-부틸벤지미다졸 / GNCS (몰비율: 12/12/16/ 1.67/ 3.33/0.67)이다.
At this time, two electrolytes (electrolytes A and B) were used for the solar cell. Electrolyte A is 0.6 M 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodine, 0.05 M iodine, 0.1 M lithium iodide, 0.1 M tert-butylpyridine dissolved in acetonitrile, and electrolyte B is DMII / 1-ethyl-3-methylimidazolium iodine / 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate / I 2 / N-butylbenzimidazole / GNCS (molar ratio: 12/12/16 / 1.67 / 3.33 / 0.67).

시험예Test Example :  : 실시예에서In the example 제조된 염료 및 전지의 물성 측정 Measurement of physical properties of manufactured dyes and batteries

상기 실시예에서 제조된 태양전지의 광전자 화학적 특성, IPCE 지수, 흡광스펙트럼 및 몰 흡광계수를 측정하여 도 1, 4, 5 및 표 1에 나타내었다.The photoelectrochemical properties, IPCE index, absorbance spectrum, and molar extinction coefficient of the solar cell manufactured in the above example were measured and shown in FIGS. 1, 4, 5, and Table 1.

염료dyes λabs a/nm
(ε/M-1cm-1)
λ abs a / nm
(ε / M -1 cm -1 )
E redox b/V E redox b / V E 0 -0 c/V E 0 -0 c / V E LUMO d/V E LUMO d / V J sc (mAcm-2) J sc (mAcm -2 ) V oc
(V)
V oc
(V)
FFFF η e
(%)
η e
(%)
1-1a1-1a
(( JKJK 216) 216)
365 (27,800),
669 (93,400)
365 (27,800),
669 (93,400)
1.001.00 1.721.72 -0.72-0.72 13.9213.92 0.610.61 0.740.74 6.296.29
1-1b1-1b
(( JKJK 217) 217)
367 (28,900),
672 (77,900)
367 (28,900),
672 (77,900)
0.920.92 1.681.68 -0.76-0.76 13.7313.73 0.580.58 0.700.70 5.545.54

a: 테트라히드로퓨란(THF) 용액에서 측정한 흡광 스펙트럼a: absorption spectrum measured in tetrahydrofuran (THF) solution

b: 50 mVs-1의 스캔 속도로 0.1M (n-C4H9)4NPF6와 함께 CH3CN에서 측정한 TiO2 상의 염료의 Fc/Fc+ 대비 산화-환원 포텐셜(Eox는 산화 포텐셜)b: redox potential versus Fc / Fc + of a dye on TiO 2 measured in CH 3 CN with 0.1 M (nC 4 H 9 ) 4 NPF 6 at a scan rate of 50 mVs -1 (E ox is the oxidation potential)

c: 테트라히드로퓨란(THF) 용액에서의 흡광 스펙트럼과 발광 스펙트럼간의 전압 교차점c: voltage crossing point between absorption spectrum and emission spectrum in tetrahydrofuran (THF) solution

d: Eox - E0 -0에 의해 계산된 값d: value calculated by E ox - E 0 -0

e: 0.175 cm2 작업면적에 대해서 측정된 DSSC의 성능e: Performance of DSSC measured over 0.175 cm 2 working area

전해질: 아세토니트릴에 용해된 0.6 M DMPImI, 0.05 I2, 0.1 M LiI 및 0.1 M TBP
Electrolyte: 0.6 M DMPImI, 0.05 I 2 , 0.1 M LiI and 0.1 M TBP dissolved in acetonitrile

도 1은 실시예 1 및 2에서 제조된 염료 1-1a 및 염료 1-1b의 에탄올 용액에서의 흡광 및 발광 스펙트럼이다. 도 1 에서 보여지듯이 염료 1-1a의 흡광 스펙트럼은 공액 시스템(conjugated system)의 π-π* 전이에 기인하여 669nm(ε=93,400 M cm-1) 및 365nm(ε=27,800 M cm-1)에서 두개의 최대 흡광 밴드를 나타내고 있으며, 염료 1-1b의 흡광스펙트럼은 672nm(ε=77,900 M cm-1) 및 367nm(ε=28,900 M cm-1)에서 두개의 최대 흡광 밴드를 나타내고 있다. 염료 1-1a 및 염료 1-1b이 π-π* 밴드 내에서 여기(excited)될 때 각각 764nm 및 788nm에서 강한 발광 최대치를 나태내었으며, E0 -0 전이 에너지는 각각 1.72 및 1.68로 측정되었다.
1 is an absorption and emission spectrum of the ethanol solution of the dyes 1-1a and 1-1b prepared in Examples 1 and 2. As shown in Figure 1, the absorption spectra of dyes 1-1a are at 669 nm (ε = 93,400 M cm -1 ) and 365 nm (ε = 27,800 M cm -1 ) due to the π-π * transition of the conjugated system. Two maximum absorption bands are shown, and the absorption spectra of dyes 1-1b show two maximum absorption bands at 672 nm (ε = 77,900 M cm −1 ) and 367 nm (ε = 28,900 M cm −1 ). When dyes 1-1a and 1-1b were excited in the π-π * band, they exhibited strong emission peaks at 764 nm and 788 nm, respectively, and the E 0 -0 transition energy was measured to be 1.72 and 1.68, respectively. .

염료 1-1a 및 염료 1-1b의 순환전압전류(cyclic voltammogram)는 NHE 대비 각각 1.00 V 및 0.92 V에서 준가역 산화를 나타내었다. 이러한 염료 1-1a 및 염료 1-1b의 높은 산화 포텐셜은 I-/I3 - 산화환원 쌍(~0.5V)이 빠르게 염료의 재생성을 이끌수 있는 것과 관련이 있다. 1-1a 및 1-1b의 여기 상태 산화 포텐셜(E* ox)은 NHE 대비 각각 -0.72 V 및 -0.76 V로 나타내었으며 이는 TiO2의 전도대(conduction band) 보다 더 음전기를 띈다(TiO2의 전도대: -0.5 V).
Cyclic voltammograms of Dye 1-1a and Dye 1-1b showed semi-reversible oxidation at 1.00 V and 0.92 V, respectively, compared to NHE. These dyes 1-1a and 1-1b are high oxidation potential of the dye I - is associated with that drive the oxidation-reduction pair (~ 0.5V) of the regenerated dye-fast - / I 3. The excited state oxidation potentials (E * ox ) of 1-1a and 1-1b were -0.72 V and -0.76 V, respectively, compared to NHE, which was more negative than the conduction band of TiO 2 (conduction band of TiO 2) . : -0.5 V).

실시예 1 및 2에서 제조된 염료 1-1a 및 염료 1-1b의 전자 흡광의 기인을 얻기 위해 DFT/TDDFT 계산을 수행하였다. 도 2 및 3에는 각각 염료 1-1a 및 염료 1-1b의 DFT/TDDFT 계산에 의해 산출된 HOMO 및 LUMO의 아이소밀도(isodensity) 표면 플롯을 나타내었다. DFT / TDDFT calculations were performed to obtain the root cause of electron absorption of the dyes 1-1a and 1-1b prepared in Examples 1 and 2. 2 and 3 show isodensity surface plots of HOMO and LUMO calculated by DFT / TDDFT calculation of dyes 1-1a and 1-1b, respectively.

도 4에는 실시예 3에서 태양전지의 광전류 작용(photocurrent action) 스펙트럼을 나타내었다. 염료 1-1a를 사용하여 제조한 태양전지는 465 nm 내지 750 nm 스펙트럼 범위내에서 50 %를 초과하였고, 503 nm에서 60 %로 최대치의 입사광전변환효율(IPCE)을 나타내었고, 13.92 mA cm-2의 단회로 광전류 밀도(Jsc), 0.61V의 개방전압(Voc), 0.72의 충진률(FF) 및 6.29 %의 변환효율(η)을 나타내었다(AM 1.5 자극광 조도하). 또한, 염료 1-1a를 사용하여 제조한 태양전지의 낮은 입사강도(0.12 sun)에서는 6.73%의 전력변환효율을 보였다.
Figure 4 shows the photocurrent action spectrum of the solar cell in Example 3. The solar cells prepared using dye 1-1a exceeded 50% in the 465 nm to 750 nm spectral range, exhibiting a maximum incident photoelectric conversion efficiency (IPCE) of 60% at 503 nm, and 13.92 mA cm −. The short-circuit photocurrent density (J sc ) of 2, the open voltage (V oc ) of 0.61V, the filling rate (FF) of 0.72, and the conversion efficiency (η) of 6.29% were shown (under AM 1.5 stimulus light illumination). In addition, the low incident intensity (0.12 sun) of the solar cell manufactured using the dye 1-1a showed a power conversion efficiency of 6.73%.

도 5에는 60℃에서 가시광선 소킹(soaking)(AM 15G, 100 mW cm-2)하에서 전극 B를 사용하여 실시예 3에서 제조된 태양 전지의 단회로 광전류 밀도(Jsc), 개방전압(Voc), 충진률(ff) 및 광전기 변환효율(η)의 각각의 변화를 시간에 따라 측정하여 나타내었다(▲: 1-1a, ▼: 1-1b). 이 때 조명을 조사하는 동안 420 nm cut-off 필터를 전지표면 위에 위치시켰다. 도 5에서 알 수 있듯이 이온 액체 전해질과 결합된 염료 1-1a 및 1-1b를 포함하는 전지는 60℃에서 가속화된 라이트 소킹 시험(light soaking test)에서 우수한 장기간 안정성를 나타내었다. 염료 1-1a 를 포함하는 태양전지의 초기 효율은 2.24%를 나타내었고, 60℃에서 1000시간의 라이트 소킹(light soaking) 후 효율은 약간 증가한 2.50%를 나타내었다. 또한 60℃에서 1000시간의 라이트 소킹 후에 염료 1-1a를 포함하는 전지의 개방전압(Voc)은 96 mV로 감소하였으나 단회전 광전류밀도(Jsc)가 4.39 mA cm-2에서 6.11 mA cm-2로 증가하여 개방전압의 손실을 보완되었다.
Figure 5 shows the short-circuit photocurrent density (J sc ), open voltage (V) of the solar cell prepared in Example 3 using electrode B under visible light soaking (AM 15G, 100 mW cm −2 ) at 60 ° C. oc ), filling rate ( ff ), and the change of the photoelectric conversion efficiency ((eta)) were measured and shown with time (▲: 1-1a, ▼: 1-1b). At this time, a 420 nm cut-off filter was placed on the cell surface during illumination. As can be seen in FIG. 5, the cells comprising the dyes 1-1a and 1-1b combined with the ionic liquid electrolyte showed excellent long-term stability in the accelerated light soaking test at 60 ° C. The initial efficiency of the solar cell including the dye 1-1a was 2.24%, and the efficiency increased slightly to 2.50% after 1000 hours of light soaking at 60 ° C. In addition, although the open-circuit voltage (V oc) of the cell containing the dye 1-1a at 60 ℃ after light soak for 1000 hours is reduced to 96 mV in the rotation stage photocurrent density (J sc) is 4.39 mA cm -2 6.11 mA cm - Increased to 2 to compensate for the loss of open voltage.

상기 결과들로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 스쿠아레인계 근적외선 염료는 우수한 단회로 광전류밀도(Jsc), 광전기 변환효율(η) 및 장기간 안정성을 나타내어 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 특성으로 인해 그린 하우스 또는 BIPV와 같은 태양광 창에 이용이 가능하다.
As can be seen from the above results, the squaraine-based near-infrared dye of the present invention exhibits excellent short-circuit photocurrent density (J sc ), photoelectric conversion efficiency (η) and long-term stability, and can greatly improve the efficiency of solar cells. This property makes it possible to use for solar windows such as green houses or BIPV.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 스쿠아레인계 염료.
[화학식 1]
Figure pat00039

(상기 화학식 1에서, D는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나이며, A는 -COOH 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다.)
[화학식 2-1]
Figure pat00040

[화학식 2-2]
Figure pat00041

[화학식 2-3]
Figure pat00042

(상기 화학식 2-1 내지 2-3에서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)
[화학식 2-4]
Figure pat00043

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )
[화학식 3]
Figure pat00044

(상기 화학식 3에서, R3는 C1-C6 알킬기이고, l 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m은 0 또는 1의 정수이다.)
Squalane-based dyes represented by the formula (1).
[Formula 1]
Figure pat00039

(In Chemical Formula 1, D is any one of compounds represented by Chemical Formulas 2-1 to 2-3, and A is a compound represented by -COOH or Chemical Formula 3 below.)
[Formula 2-1]
Figure pat00040

[Formula 2-2]
Figure pat00041

[Formula 2-3]
Figure pat00042

(In Chemical Formulas 2-1 to 2-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)
[Formula 2-4]
Figure pat00043

(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)
(3)
Figure pat00044

(In Formula 3, R 3 is a C1-C6 alkyl group, l and n are integers of 0 to 2, m is an integer of 0 or 1.)
제 1항에 있어서,
상기 D는 상기 화학식 2-1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 스쿠아레인계 염료.
The method of claim 1,
D is a squaraine-based dye, characterized in that the compound represented by the formula (2-1).
제 1항에 있어서,
상기 A 는 -COOH인 것을 특징으로 하는 스쿠아레인계 염료.
The method of claim 1,
A is -COOH squaraine-based dyes, characterized in that.
제 1항에 있어서,
상기 염료가 하기 화학식 1-1a로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 스쿠아레인계 염료.
[화학식 1-1a]
Figure pat00045

The method of claim 1,
Squalane-based dye, characterized in that the dye is a compound represented by the formula (1-1a).
[Formula 1-1a]
Figure pat00045

제 1항에 있어서,
상기 염료가 하기 화학식 1-1b로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 스쿠아레인계 염료.
[화학식 1-1b]
Figure pat00046

The method of claim 1,
Squalane-based dye, characterized in that the dye is a compound represented by the formula (1-1b).
[Formula 1-1b]
Figure pat00046

하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 1-메틸-2-(트리메틸스탄닐)-1H-피롤(1-methyl-2-(trimethylstannyl)-1H-pyrrole)과 반응시켜 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 제 1단계;
[화학식 4]
Figure pat00047

[화학식 5]
Figure pat00048

상기 화학식 5로 표시되는 화합물을 스쿠아릴리움 클로라이드(squarilyum chloride)와 반응시켜 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조하는 제 2단계;
[화학식 6]
Figure pat00049

상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 5-카복시-2,3,3-트리메틸-1-옥틸-3H-인돌륨(5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium)과 반응시켜 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 3단계;
[화학식 7]
Figure pat00050

(상기 화학식 4 내지 7에서, 상기 R4는 하기 화학식 8-1 내지 8-3으로 표시되는 화합물 중 하나이다.)
[화학식 8-1]
Figure pat00051

[화학식 8-2]
Figure pat00052

[화학식 8-3]
Figure pat00053

(상기 화학식 8-1 내지 8-3에 있어서, R1은 수소, C1-C6 알킬기, C1-C6 알콕시기, 알콕시아릴기, 또는 하기 화학식 2-4로 표시되는 화합물 중 하나이다.)
[화학식 2-4]
Figure pat00054

(상기 화학식 2-4에서, R2은 C1-C5 알킬기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 CH2이며, K는 0 또는 1의 정수이다. )
를 포함하는 스쿠아레인계 염료의 제조방법.
The compound represented by the following formula (4) is reacted with 1-methyl-2- (trimethylstannyl) -1H-pyrrole (1-methyl-2- (trimethylstannyl) -1H-pyrrole) to prepare a compound represented by the following formula (5). The first step to do;
[Chemical Formula 4]
Figure pat00047

[Chemical Formula 5]
Figure pat00048

A second step of preparing a compound represented by Chemical Formula 6 by reacting the compound represented by Chemical Formula 5 with squarylium chloride;
[Formula 6]
Figure pat00049

The compound represented by Formula 6 is 5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium (5-carboxy-2,3,3-trimethyl-1-octyl-3H-indolium) and Reacting to prepare a compound represented by Formula 7;
[Formula 7]
Figure pat00050

(In the above formulas 4 to 7, wherein R 4 is one of the compounds represented by the formula 8-1 to 8-3.)
[Formula 8-1]
Figure pat00051

[Formula 8-2]
Figure pat00052

[Formula 8-3]
Figure pat00053

(In Formulas 8-1 to 8-3, R 1 is one of hydrogen, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, an alkoxyaryl group, or a compound represented by the following Formula 2-4.)
[Formula 2-4]
Figure pat00054

(In the above formula 2-4, R 2 is a C1-C5 alkyl group, X is S or O, Y is O or CH 2 , K is an integer of 0 or 1.)
Method for producing a squaraine-based dye comprising a.
제 6항에 있어서,
상기 R4는 상기 화학식 8-1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 스쿠아레인계 염료의 제조방법.
The method of claim 6,
R 4 is a method for producing a squaraine dye, characterized in that the compound represented by the formula (8-1).
제 6항에 있어서,
상기 R1은 수소인 것을 특징으로하는 스쿠아레인계 염료의 제조방법.
The method of claim 6,
The R 1 is a method for producing a squaraine dye, characterized in that hydrogen.
제 6항에 있어서,
상기 R1은 헥실록시기(-OC6H13)인 것을 특징으로하는 스쿠아레인계 염료의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein R 1 is a hexyloxy group (-OC 6 H 13 ) characterized in that the manufacturing method of squaraine-based dyes.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 스쿠아레인계 염료로 담지시킨 산화물 반도체 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 광전변환 소자.
A dye-sensitized photoelectric conversion element comprising oxide semiconductor fine particles supported by the squaraine-based dye according to any one of claims 1 to 5.
제 10항에 있어서,
상기 산화물 반도체 미립자는 TiO2인 것을 특징으로 하는 염료감응 광전변환 소자.
The method of claim 10,
Dye-sensitized photoelectric conversion device, characterized in that the oxide semiconductor fine particles are TiO 2 .
제 11항에 따른 염료감응 광전변환 소자를 구비하는 염료감응 태양전지.A dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized photoelectric conversion device according to claim 11.
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