KR20120057946A - 염료감응 태양전지와 이를 이용한 광양극 - Google Patents

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Abstract

염료감응 태양전지, 그 것들의 광양극, 및 이를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 염료감응 태양전지의 광양극은 두 종류의 유기감응염료를 흡수하는 다공성 반전도성 층으로 제조되며, 상기 유기감응염료는 하기 화학식 (I)로 나타낸다:
Figure pat00107

(I)
상기의 식에서, D1, D2, R1, R2, R3, R4, B, 및 n 는 본 명세서 내에서 정의된 바와 같다.
이러한 두 종류의 유기감응염료는 비교되는 흡수 피크를 가지므로, 본 발명의 광양극은 더 큰 파장 길이 범위를 갖는 태양 스펙트럼을 흡수할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광양극을 사용하는 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전변환 효율을 가진다.

Description

염료감응 태양전지와 이를 이용한 광양극{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND PHOTOANODE THEREOF}
본 발명은 다양한 감응 염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층으로 제조된 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell, DSC)를 위한 신규한 광양극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 유기 감응 염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층으로 제조된 DSC를 위한 광양극에 관한 것이다.
산업기술의 발달과 더불어, 오늘날 전 세계 인류는 에너지 위기와 환경오염이라는 매우 심각한 두 문제에 직면하였다. 전 세계적인 에너지 위기를 해결하고 환경오염을 감소시키기 위한 효과적인 수단들 중의 하나는 태양 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있는 태양전지다. 이러한 태양전지 중에서 염료감응 태양전지는 낮은 생산 비용, 대량 생산, 큰 유동성, 광투과율 및 빌딩에의 적용가능성 등과 같은 우수한 특성 때문에 염료감응 태양전지의 적용은 점점 더 전도유망해지고 있다.
최근 몇 년간, Gratzel 등은 염료감응 태양전지의 실용성을 보여주는 염료감응 태양전지에 관한 일련의 논문(예를 들어, O’Regan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737)을 발표하였다. 염료감응 태양전지의 일반적인 구조는 양극, 음극, 나노 크기의 TiO2, 염료 및 전해질로 구성되는데, 이 중에서 염료는 염료감응 태양전지의 전환 효율성에 매우 중요한 역할을 수행한다. 염료감응 태양전지에 적합한 상기 염료는 넓은 범위의 흡수 스팩트럼, 높은 몰 흡수 계수, 열 안정성 및 광 안정성의 특성을 가져야만 한다.
현재 류테늄 착화합물은 가장 높은 전환 효율을 갖는 감응 염료이다. 그러나, 류테늄 착화합물의 제조비용은 높고, 류테늄 착화합물이 널리 사용될 때 그 공급량이 부족해지는 문제가 생길 수 있다. 유기 감응 염료는 높은 몰 흡수 계수의 이점을 갖는다. 게다가, 분자 설계를 통한 다양한 유기 감응 염료를 생산하는 것이 가능하다. 그러므로 다른 색상들을 갖는 염료감응 태양전지는 염료감응 태양전지의 적용 유연성을 향상시키기 위하여 다른 유기 감응 염료의 사용에 의해 제조될 수 있다. 부가적으로, 물건의 색상과 맞추기 위하여 염료감응 태양전지의 색상을 변화시키는 것은 또한 가능하다. 현재, 염료 유도체들은, 예를 들어 쿠마린(Coumarin)(Hara, K.; Sayama, K.; Arakawa, H.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Sug, S. Chem. Commun., 2001, 569), 인돌린(Indoline)(Horiuchi, T.; Miura, H.; Sumioka, K.; Uchida, S. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126 (39), 12218) 및 메로사이아닌(Merocyanine)(Otaka, H.; Kira, M.; Yano, K.; Ito, S.; Mitekura, H.; Kawata, T.; Matsui, F. J. Photochem.Photobiol. A: Chem.; 2004, 164, 67), 염료감응 태양전지의 제조에서 이미 적용되고 있다.
그렇지만, 유기감응염료가 흡수할 수 있는 파장 범위는 좁기 때문에 태양 스팩트럼 내의 에너지의 아주 적은 양만이 사용될 수 있다. 그러므로 유기감응염료로 제조되는 염료감응 태양전지의 광전변환 효율은 제한되고 향상되기 어렵다. 최근에, Gratzel 등은 염료감응 태양전지의 광전변환 효율이 한가지의 유기염료로 제조되는 염료감응 태양전지와 비교할 때 두 종류의 유기염료가 함께 흡수되는 공동 흡수 방법(co-absorption process)을 통하여 향상될 수 있다는 내용을 발표하였다. (Kung D.; Walter P.; Nuesch F.; Kim S.; Ko J.; Comte P.; Zakeeruddin S. M.; Zakeeruddin M. K.; Gratzel, M. Langmuir 2007, 10906-10909). 부가적으로, 일본 도시바 기업은 유기염료와 무기염료를 사용하여 공동흡수방법(co-absorption process)을 통하여 제조된 염료감응 태양전지가 광전변환 효율을 향상시킨다는 내용을 발표했다(JP 2000-195569).
적절한 감응 염료들을 사용하는 공동흡수방법(co-absorption process)은 염료감응 태양전지의 광전변환 효율에 매우 큰 영향을 준다. 그러므로, 염료감응 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기 위하여 공동으로 흡수되는 감응 염료의 조합을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 두 종류 이상의 감응 염료들을 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 염료감응 태양전지용 신규 광양극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 두 종류 이상의 유기감응염료들을 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 염료감응 태양전지용 신규 광양극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 두 종류 이상의 감응염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 신규 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 두 종류 이상의 유기감응염료를 연속적으로 흡수하는 다공성의 반전도성 층을 제조하는, 신규 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 염료감응 태양전지에 사용되는 염료 화합물의 최대 흡수 파장은 서로 간에 상호 보완적이며, 그래서 상기 염료 화합물은 태양 스팩트럼의 더 큰 파장 범위에서 흡수될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전 특성을 나타낸다.
본 발명은 또한 염료감응 태양전지를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 제조된 염료감응 태양전지는 더 나은 광전변환 효율을 나타낸다.
본 발명의 광양극은 투명한 기판, 투명한 전도 층, 다공성의 반전도성 층 및 염료 화합물들로 구성된다.
본 발명의 광양극은 기판의 물질이 투명한 물질인 한, 투명한 기판의 물질은 특별하게 제한되지 않는다. 바람직하게도, 투명한 기판의 물질은 좋은 내습성, 내용매성, 내후성을 갖는 투명한 물질이다. 그러므로, 염료감응 태양전지는 투명 기판에 의하여 외부로부터의 습기나 가스에 저항할 수 있다. 투명한 기판의 특별한 예들은 석영 및 유리와 같은 투명한 무기 기판; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌2,6-나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리이미드(PI)와 같은 투명한 플라스틱 기판을 포함하고, 이에 제한되는 것은 아니다. 추가적으로, 투명한 기판의 두께는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 투과도 및 염료감응 태양전지의 특성에 관한 요구에 따라 변할 수 있다. 바람직하게도, 투명한 기판의 물질은 유리이다.
더 나아가, 본 발명의 광양극에서, 투명한 전도 층의 물질은 산화인듐주석(ITO), 불소첨가 산화주석(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 또는 주석 산화물일 수 있다.
추가로, 본 발명의 광양극에서, 다공성의 반전도성 층은 반도체 입자들로 구성될 수 있다. 적절한 반도체 물질은 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, 또는 그것들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게도, 상기 반도체 물질은 TiO2 물질이다. 상기 반도체 물질의 평균 직경은 5 내지 500 nm일 수 있다. 바람직하게도, 상기 반도체 물질의 평균 직경은 10 내지 50 nm일 수 있다. 더 나아가, 다공성의 반전도성 층의 두께는 5~25 μm이다.
본 발명의 광양극에 따르면, 상기 염료는 하기와 같이 구성된다:
(a) 하기 화학식 (I)로 나타내는 첫 번째 유기감응염료 또는 그것들의 염,
Figure pat00001
(I)
상기의 식에서,
R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이고, n은 1, 2 또는 3의 정수임;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
또는
Figure pat00005
이거나, D1, D2 및 N의 결합은 모여서
Figure pat00006
,
Figure pat00007
또는
Figure pat00008
을 형성하고, 상기의 식에서, R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노 또는 할로겐이며, R9, R12 및 R15는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬임;
B는
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
또는
Figure pat00015
이고, 상기 R16, R17 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이며, R19, R20, R21 및 R22 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se임; 및
(b)첫 번째 유기감응염료와 두 번째 유기감응염료 간의 최대흡수파장의 차이가 50 nm이상인 두 번째 유기감응염료.
상기 화학식 (I)에서, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, n은 1, 2, 또는 3이다. 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이고, n은 1 또는 2이다. 더 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬 또는 C1~C12 알콕시이고, n은 1 또는 2이다. 더 나아가 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬 또는 C1~C12 알콕시이고, n은 1이다. 가장 바람직하게도, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, n은 1이다.
상기 화학식 (I)에서, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
Figure pat00016
,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
또는
Figure pat00019
이거나, D1, D2 및 N의 결합은 모여서
Figure pat00020
,
Figure pat00021
, 또는
Figure pat00022
을 형성하고(예를 들어, C4~C6 사이클로헤테로 알킬렌), 상기 R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13, 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이고, R9, R12, 및 R15 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이다. 바람직하게도, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
Figure pat00023
, 또는
Figure pat00024
이며, 상기 R5, R6, R7, 및 R8는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이고, R9 는 H이며, 또는 C1~C12 알킬이다. 더 바람직하게도, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
Figure pat00025
또는
Figure pat00026
이며, 상기 R5, R6, R7, 및 R8는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시이고, R9는 H 또는 C1~C12 알킬이다. 가장 바람직하게도, D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
Figure pat00027
또는
Figure pat00028
이고, 상기 R5, R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이다.
추가로, 본 발명의 한 측면에 따르면, 상기 화학식 (I)에서, D1, 및 D2 는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬 또는
Figure pat00029
일 수 있고, 상기 R5, R6 및 R7는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이다. 바람직하게도 D1 및 D2에서 R5, R6 및 R7는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시이다. 더 바람직하게는, D1 및 D2에서 R5, R6 및 R7는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이다. 가장 바람직하게도, D1 및 D2에서 R5는 H이며, R6 및 R7는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬이다. 가장 바람직하게도, D1 및 D2에서 R5는 H이고, R6, 및 R7는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬이다.
상기 화학식 (I)에서, B는
Figure pat00030
,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
, 또는
Figure pat00036
일 수 있으며, 상기 R16, R17, 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19, R20, R21 및 R22는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 O, S, 또는 Se이다. 바람직하게도, B는
Figure pat00037
,
Figure pat00038
또는
Figure pat00039
이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19, 및 R22 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se이다.
더 바람직하게도, B는
Figure pat00040
,
Figure pat00041
또는
Figure pat00042
이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이며, R19, 및 R22는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 S이다. 가장 바람직하게도, B는
Figure pat00043
,
Figure pat00044
또는
Figure pat00045
이고, 상기 R16, R19, 및 R22 는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 S이다.
추가로, 본 발명의 다른 한 측면에 따르면, 상기 화학식(I)에서, B는
Figure pat00046
또는
Figure pat00047
이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19 는 H, 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 O, S, 또는 Se이다. 바람직하게도 B는
Figure pat00048
, 또는 이고, 상기 R16 는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, R19는 H, 또는 C1~C12 알킬이며, Z는 S이다. 더 바람직하게, B는
Figure pat00050
또는
Figure pat00051
이고, 상기 R16 는 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시이고, R19는 H, 또는 C1~C12 알킬, Z는 S이다. 더 나아가 더 바람직하게도, B는
Figure pat00052
, 또는
Figure pat00053
이고, 상기 R16, 및 R19는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬, Z는 S이다. 가장 바람직하게도, B는
Figure pat00054
또는
Figure pat00055
이고, 상기 R16 및 R19 는 H이고, Z는 S이다.
상기 화학식 (I)에 의해 나타내는 첫 번째 유기감응염료의 특별한 예는 다음과 같다:
Figure pat00056
(I-1)
Figure pat00057
(I-2)
Figure pat00058
(I-3)
Figure pat00059
(I-4)
Figure pat00060
(I-5)
Figure pat00061
(I-6)
구성요소 (b)의 두 번째 유기감응염료의 특별한 예들은 다음과 같다:
Figure pat00062
(Ⅱ-1)
Figure pat00063
(Ⅱ-2)
본 발명에서, 감응염료의 분자는 유리산의 형태로 존재한다. 그러나 감응염료의 실제적인 형태는 염일 수 있고, 아마도, 알칼리 금속염 또는 제사암모늄염일 수 있다.
본 발명의 염료감응 태양전지는 광양극, 음극 및 광양극과 음극 사이에 배치된 전해질 층으로 구성된다.
본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 광양극은 전술한 광양극이다.
추가로, 염료감응 태양전지용 음극 소재는 특별하게 제한되지 않으며, 어떤 전도성 소재를 포함할 수 있다. 반면, 광양극과 마주보고 있는 음극의 표면에 형성된 전도 층이 있는 한 음극 소재는 내열성 소재일 수 있다. 전기화학적 안정성을 갖는 어떠한 소재는 음극 소재로 사용될 수 있다. 음극 소재에 적합한 예는 Pt, Au, C 등이 있으며, 이에 제한되지 않는다.
더 나아가, 염료감응 태양전지의 전해질 층에 사용된 물질은 특별하게 제한되지 않으며, 그 물질이 전자 및/또는 정공을 전달할 수 있는 것이라면 어떠한 물질이라도 가능하다.
다른 한편으로, 본 발명은 또한 하기의 단계로 구성된 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다:
(1) 전술한 광양극을 제공하는 단계; (2) 두 번째 기판을 제공하는 단계; (3) 두 번째 기판상에 금속 층을 형성하는 단계; (4) 반전도성 층이 상기 금속 층과 마주보고 있고, 상기 광양극과 상기 두 번째 기판 사이에 공간부가 형성된, 상기 광양극과 상기 두 번째 기판을 구성하는 단계; (5) 상기 공간부에 전해질을 채우는 단계; 및 (6) 상기 공간부를 실링하는 단계.
본 발명의 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전 특성 및 광전변환 효율을 갖는다.
본 발명의 하기 화학식(I)로 나타내는 유기감응염료는 하기 도식 1에 따라 합성될 수 있다.
[도식 1]
Figure pat00064
(i) KOtBu / K 2 CO 3 , 1,4-디옥산)/ DMF .
( ii ) PdCl 2 ( dppf ), 5- 포르밀 -2-싸이오펜보론산(5- formyl -2- thiopheneboronic acid) 또는 4- 포르밀페닐보론산 (4- formylphenylboronic acid ), K 2 CO 3 , CH 3 OH / 톨루엔.
( iii ) 시아노아세트산 ( cyanoacetic acid ), 피페리딘( piperidine ), CH 3 CN .
도식 1에서 보는 바와 같이, 7-브로모-9H-플루오렌-2-일아민(7-bromo-9H-fluoren-2-ylamine)은 1-아이오드부탄(1-iodobutane)과 반응하여 (7-브로모-9,9-디부틸-9H-플루오렌-2-일)-디부틸아민((7-bromo-9,9-dibutyl-9H-fluoren-2-yl)-dibutylamine)(21)을 생성한다. 그리고 나서, 스즈키 커플링반응은 (7-브로모-9,9-디부틸-9H-플루오렌-2-일)-디부틸아민(21)과 5-포르밀-2-싸이오펜보론산과의 반응으로 수행되며, 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드 (5-(9,9-Dibutyl-7-dibutylamino-9H-fluoren-2-yl)-thiophene-2-carbaldehyde)(22a)를 생산한다. 마지막으로, 아세토니트릴에서, 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드(22a)는 시아노아세트산과 반응하며 여기에 촉매로는 피페리딘을 사용하여, 2-시아노-3-[5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-일]-아크릴산(2-cyano-3-[5-(9,9-dibutyl-7-dibutylamino-9H-fluoren-2-yl)-thiophen-2-yl]-acrylic acid)(I-1)을 생산한다.
화학식 (II-1) 및 (II-2)으로 나타내는 유기감응염료는 상업적으로 이용 가능하다.
본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하는 방법은 특별하게 제한되지 않으며, 본 발명의 염료감응 태양전지는 본 발명의 분야에서 잘 알려진 전형적인 방법으로 제조될 수 있다.
투명한 기판의 소재는 기판의 소재가 투명한 물질인 한 특별하게 제한되는 것은 아니다. 바람직하게도, 투명한 기판의 소재는 좋은 내습성, 내용매성 및 내후성을 갖는 투명한 소재이다. 그러므로, 염료감응 태양전지는 투명한 기판으로 인해 외부의 습기 또는 가스에 견뎌낼 수 있다. 투명한 기판의 특별한 예들은 석영 및 유리와 같은 투명한 무기 기판; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리이미드(PI)와 같은 투명한 플라스틱 기판을 포함하고, 이에 제한되는 것은 아니다.
추가적으로, 투명한 기판의 두께는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 투과도 및 염료감응 태양전지의 특성에 관한 요구에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예로, 투명한 기판의 소재는 유리 기판이다.
더 나아가, 투명한 전도 층의 소재는 산화인듐주석(ITO), 불소첨가 산화주석(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 또는 주석 산화물일 수 있다.
본 발명의 특정 구체예로, 불소첨가 산화주석(FTO)이 투명한 전도 층에 사용된다.
추가로, 다공성의 반전도성 층은 반도체 입자들로 구성될 수 있다. 적절한 반도체 물질은 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 또는 그것들의 혼합물을 포함할 수 있다. 첫째로, 반도체 입자들은 페이스트 형태로 제조되며, 그 후에 투명한 전도 기판은 상기 페이스트로 코팅된다. 본 발명에서 사용한 코딩공정은 브레이드 코팅(blade coating), 스크린 인쇄(screen printing), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 습윤 코팅(wetting coating)이다. 추가적으로, 상기 코팅은 적절한 두께를 가진 다공성 반전도성 층을 산출하기 위하여 한번 또는 여러 번 시행될 수 있다. 상기 반전도성 층은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있고, 다층인 경우 각각의 층은 다른 직경을 갖는 반도체 입자로 형성된다. 예를 들어, 5 ~ 50 nm의 직경을 갖는 반도체 입자들은 5 ~ 20 μm의 두께로 코팅되고, 그리고 나서 200 ~ 400 nm의 직경을 갖는 반도체 입자들은 3 ~ 5 μm의 두께로 코팅된다. 코팅된 기판을 50~100℃에서 건조시킨 후에, 상기 코팅된 기판은 400~500℃에서 30 분 동안 소결시켜 다층의 반전도성 층을 생산해낸다.
유기감응염료는 염료 용액을 제조하기 위해 적절한 용매에 용해될 수 있다. 적절한 용매는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸 포름아미드, N-메틸-2-피롤리디논 또는 그것들의 혼합물을 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서, 반전도성 층으로 코팅된 투명한 기판은 반전도성 층이 염료 용액 상에서 완전히 염료를 흡수하도록 염료를 흡수시킨다. 염료 흡수가 완료된 후, 상기 반전도성 층으로 코팅된 투명한 기판은 빼내어 건조시키면, 염료감응 태양전지용 광양극이 만들어진다.
게다가, 염료감응 태양전지용 음극 소재는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 어떠한 전도성 물질을 포함될 수 있다. 반면, 음극의 소재는 광양극과 마주보는 음극의 표면상에서 형성된 전도 층이 있는 한 내열성 소재일 수 있다. 음극 소재는 전기화학적 안정성을 가진 물질일 수 있다. 음극 소재에 적합한 예들은 Pt, Au, C 등이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
더 나아가, 염료감응 태양전지의 전해질 층에서 사용된 물질은 특별하게 제한되지 않으며, 전자 및/또는 정공을 운반할 수 있는 어떠한 물질이면 가능하다. 추가로, 액체 전해질은 아이오딘을 포함한 아세토니트릴 용액, 아이오딘을 포함한 N-메틸-2-피롤리디논(N-methyl-2-pyrrolidinone) 용액 또는 아이오딘을 포함한 3-메톡시 프로피오니트릴(3-methoxy propionitrile) 용액일 수 있다. 본 발명의 특정 구체예로, 용액 전해질은 아이오딘을 포함하는 아세토니트릴 용액일 수 있다.
본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하는 방법의 하나의 특정 구체예는 하기와 같다.
첫째로, 불소첨가 산화주석(FTO)로 덮인 유리 기판은 직경이 20~30 nm인 TiO2 입자들로 이루어진 페이스트로 한번 또는 여러 번 스크린 인쇄법에 의하여 코팅된다. 그리고 나서, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30 분 동안 소결된다.
유기감응염료는 아세토니트릴과 t-부탄올을 1:1의 부피비로 혼합된 혼합물에 용해되어 염료 용액을 만들어낸다. 그리고 나서, 전술한 다공성의 TiO2 층을 가진 유기 기판은 상기 염료 용액으로 흡수되게 한다. 다공성의 TiO2 층은 상기 염료 용액 내의 유기감응염료를 흡수한 후에, 산출된 유기 기판을 꺼내고 건조시켜 광양극을 만들어낸다.
불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판에 전해질을 주입할 수 있도록 0.75 μm 직경의 투입구를 만들기 위하여 구멍을 만든다. 그리고 나서, 불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판상에 H2PtCl6의 용액으로 코팅하고, 상기 유리 기판을 400℃에서 15 분 동안 가열하여 음극을 만들어낸다.
순차적으로, 60 μm의 두께를 가진 열가소성 중합체 층은 광양극과 음극 사이에 위치한다. 120~140℃에서 상기 두 전극에 압력을 가하여, 양 전극은 서로 부착되게 된다.
그리고 나서, 전해질은 주입되며, 주입되는 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 포함하는 아세토니트릴 용액이다. 투입구가 열가소성 중합체 층으로 실링된 후에 본 발명의 염료감응 태양전지가 만들어지게 된다.
하기의 실시예들은 본 발명의 설명을 목적으로 실시된 것이다. 그러나, 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구항에 의해 정해져야만 하고, 하기의 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로 이해되어서는 안 된다. 하기의 실시예에서, 화합물은 유리산의 형태로 나타내지만 감응염료의 실제적인 형태는 염일 수 있고, 아마도 알칼리 금속염 또는 제사암모늄염일 수 있다. 추가로, 특별한 설명이 없는 경우, 실시예에서 사용된 무게단위는 중량부 및 중량%이고, 온도는 섭씨온도(℃)이다. 부피비와 중량부와의 관계는 킬로그램과 리터 단위의 관계와 유사하다.
하기 내용에서는, 유기감응염료를 합성하는 방법과 염료감응 태양전지를 제조하는 방법은 자세히 설명하고, 유기감응염료를 합성하는 방법은 전술한 도식 1 설명될 수 있다.
실시예 1
(7- 브로모 -9,9- 디부틸 -9 H - 플루오렌 -2-일)- 디부틸아민(21)의 합성
N2 대기하에서, 7-브로모-9H-플루오렌-2-일아민 0.52 중량부, 1-아이오부탄 2.21 중량부, 포타슘-t-부톡사이드0.67 중량부, 및 포타슘 카보네이트 0.83 중량부를 건조된 디메틸포름아미드 10 중량부 및 1,4-디옥산 10중량부에 첨가한 후 교반하여 혼합한다. 그리고 나서, 상기 반응 혼합물은 95℃까지 가열하고 24 시간 동안 반응시켰다. 상기 반응 혼합물이 식혀진 후에, 상기 반응은 물로 담금질(quenching)하며, 생산물은 디에틸에테르로 추출되고, 탈수과정은 황산마그네슘으로 수행되었다. 용매를 제거한 후에, 잔여물은 용리액으로써 디클로로메탄/헥산을 사용하여 실리카겔 칼럼 내에서 정제되어, 본 실시예의 화합물(21)을 산출해내었다. 상기 화합물은 밝은 황색 고체의 형태였고, 수득율은 83%였다.
실시예 2
5-(9,9- 디부틸 -7- 디부틸아미노 -9 H - 플루오렌 -2-일)- 싸이오펜 -2- 카르발데히드 (22a)의 합성
N2 대기하에서, (7-브로모-9,9-디부틸-9H-플루오렌-2-일)-디부틸아민(21) 0.49 중량부, 5-포르밀-l-2-싸이오펜보론산 0.19 중량부, 포타슘 카보네이트 0.41 중량부 및 PdCl2(dppf) 0.16 중량부를 톨루엔 5 중량부 및 CH3OH 5 중량부에 첨가하여 교반하고 혼합하였다. 그리고 나서, 상기 반응 혼합물은 60℃까지 가열하고 18 시간 동안 반응하였다. 상기 반응은 물로 담금질(quenching)하고, 생산물은 디에틸에테르로 추출되며 황산마그네슘으로 탈수과정이 수행되었다. 용매 제거 후에, 잔여물은 잔여물은 용리액으로써 디클로로메탄/헥산을 사용하여 실리카겔 칼럼 내에서 정제되어, 본 실시예의 화합물(22a)를 산출해내었다. 상기 화합물은 오렌지색 고체의 형태였고, 수득율은 52%였다.
실시예 3
4-(9,9- 디부틸 -7- 디부틸아미노 -9 H - 플루오렌 -2-일)- 벤즈알데히드 (22b)
본 실시예의 화합물을 제조하는 방법은 화합물(22b)를 산출해 내기 위하여 5-포르밀-2-싸이오펜보론산을 4-포르밀페닐보론산 0.18 중량부로 대체한 것 외에는 실시예 2에서 설명한 내용과 같다. 상기 화합물은 황색 고체 형태였고, 수득률은 61%였다.
실시예 4
2- 시아노 -3-[5-(9,9- 디부틸 -7- 디부틸아미노 -9 H - 플루오렌 -2-일)- 싸이오펜 -2-일]-아크릴산(I-1)의 합성
N2 대기하에서, 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드 0.23 중량부 (22a), 시아노 아세트산 0.05 중량부, 및 피페리딘 0.017 중량부를 아세토니트릴 10 중량부에 첨가하였고, 교반하고 혼합했다. 그리고 나서 상기 반응 혼합물은 90℃까지 가열하고, 6 시간 동안 반응했다. 상기 반응 혼합물이 상온까지 식혀진 후에, 상기 반응혼합물은 여과되었고, 고체를 얻어냈다. 그리고 나서, 상기 고체를 연속적으로 물, 에테르 및 아세토니트릴로 세척하여 암적색의 고체를 산출했다. 마지막으로, 상기 암적색 고체는 용리액으로써 디클로로메탄/메탄올을 사용하여 실리카겔 칼럼 내에서 정제되어, 본 실시예의 화합물(I-1)를 산출해내었다. 상기 화합물은 암적색 고체의 형태였고, 수득율은 86%였다.
실시예 5
2- 시아노 -3-[4-(9,9- 디부틸 -7- 디부틸아미노 -9 H - 플루오렌 -2-일)- 페닐 ]-아크릴산(I-2)의 합성
본 실시예의 화합물을 제조하는 방법은 5-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-싸이오펜-2-카르발데히드(22a)가 4-(9,9-디부틸-7-디부틸아미노-9H-플루오렌-2-일)-벤즈알데히드(22b)로 대체되는 것을 제외하고는 실시예 4에서 설명한 내용과 같다. 상기 화합물은 오렌지색 고체 형태였고, 수득률은 68%였다.
비교실시예 1~10
염료감응 태양전지의 제조
불소첨가 산화주석 (FTO)로 덮인 유리 기판은 20~30 nm의 직경을 갖는 TiO2 입자를 포함하는 페이스트로 한번 또는 여러 번 코팅되었다. 상기 유리 기판의 두께는 4 mm이고, 유리 기판의 전기저항은 10 Ω이다. 그리고 나서, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30 분 동안 소결되었고, 상기 소결된 다공성의 TiO2 층의 두께는 10~12 μm였다.
화학식 (II-1) 및 (II-2)의 두 번째 유기감응염료는 1×10-4 M 농도에서 제조되었고, 화학식 (I-1) 및 (I-2)의 첫 번째 유기감응염료는 5×10-4 M 농도에서 제조되었다. 그리고 나서, TiO2 층으로 코팅된 양극은 화학식 (I-1), (I-2), (II-1), 및 (II-2)의 염료 용액에 각각 2, 5, 7, 24 시간 동안 흡수되게 하였다. 상기 흡수 조건은 하기 표 1에 나타나 있다.
불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판에 전해질을 주입할 수 있도록 0.75 μm 직경의 투입구를 만들기 위하여 구멍을 만든다. 그리고 나서, 불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판상에 H2PtCl6의 용액(1 ml 에탄올 내의 2 mg Pt)으로 코팅하고, 산출된 상기 유리 기판을 400℃에서 15 분 동안 가열하여 음극을 만들어낸다.
순차적으로, 60 μm의 두께를 가진 열가소성 중합체 층은 광양극과 음극 사이에 위치한다. 120~140℃에서 상기 두 전극에 압력을 가하여, 양 전극은 서로 부착되게 된다.
그리고 나서, 전해질은 주입되며, 주입되는 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 포함하는 아세토니트릴 용액이다. 투입구가 열가소성 중합체 층으로 실링된 후에 본 비교실시예의 염료감응 태양전지가 만들어지게 된다.
흡수시간(Hour) 유기감응염료
비교실시예1 2 h Ⅰ-2
비교실시예2 5 h Ⅰ-2
비교실시예3 8 h Ⅰ-2
비교실시예4 24 h Ⅰ-2
비교실시예5 8 h Ⅰ-1
비교실시예6 2 h Ⅱ-2
비교실시예7 5 h Ⅱ-2
비교실시예8 8 h Ⅱ-2
비교실시예9 24 h Ⅱ-2
비교실시예10 8 h Ⅱ-1
실시예 6~12
염료감응 태양전지의 제조
불소첨가 산화주석 (FTO)로 덮인 유리 기판은 20~30 nm의 직경을 갖는 TiO2 입자를 포함하는 페이스트로 한번 또는 여러 번 코팅되었다. 상기 유리 기판의 두께는 4 mm이고, 유리 기판의 전기저항은 10 Ω이다. 그리고 나서, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30 분 동안 소결되었고, 상기 소결된 다공성의 TiO2 층의 두께는 10~12 μm였다.
순차적으로, 두 종류의 유기감응염료를 사용하여 공동 흡수 방법이 수행되었다. 첫째로, 화학식 (II-1) 및 (II-2)의 두 번째 유기감응염료는 1×10-4 M 농도에서 제조되었고, 화학식 (I-1) 및 (I-2)의 첫 번째 유기감응염료는 5×10-4 M 농도에서 제조되었다. 그리고 나서, TiO2 층으로 코팅된 양극은 두 번째 유기감응염료의 염료용액에 4 시간 동안 흡수되게 하였고, 그 후 1, 2, 4 및 6 시간 동안 첫 번째 유기감응염료의 염료 용액으로 흡수되게 하였다. 상기 흡수 조건은 하기 표 2에 나타나 있다.
불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판에 전해질을 주입할 수 있도록 0.75 μm직경의 투입구를 만들기 위하여 구멍을 만든다. 그리고 나서, 불소첨가 산화주석으로 덮인 유리 기판상에 H2PtCl6의 용액(1 ml 에탄올 내에 2 mg Pt)으로 코팅하고, 산출된 상기 유리 기판을 400℃에서 15 분 동안 가열하여 음극을 만들어낸다.
순차적으로, 60 μm의 두께를 가진 열가소성 중합체 층은 광양극과 음극 사이에 위치한다. 120~140℃에서 상기 두 전극에 압력을 가하여, 양 전극은 서로 부착되게 된다.
그리고 나서, 전해질은 주입되며, 주입되는 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 포함하는 아세토니트릴 용액이다. 투입구가 열가소성 중합체 층으로 실링한 후에 본 실시예의 염료감응 태양전지가 만들어지게 된다.
흡수시간(Hour) 두 번째
유기감응염료		 흡수시간(Hour) 첫 번째
유기감응염료
실시예6 4 h Ⅱ-2 1 h Ⅰ-2
실시예7 4 h Ⅱ-2 2 h Ⅰ-2
실시예8 4 h Ⅱ-2 4 h Ⅰ-2
실시예9 4 h Ⅱ-2 6 h Ⅰ-2
실시예10 4 h Ⅱ-2 4 h Ⅰ-1
실시예11 4 h Ⅱ-1 4 h Ⅰ-1
실시예12 4 h Ⅱ-1 4 h Ⅰ-2
실험방법 및 실험결과
UV - Vis 스펙트럼
화학식 (I-1), (I-2), (II-1), 및 (II-2)인 유기감응염료는 용매로써 염화메틸렌을 사용하여 제조되어 염료용액을 만들어냈다. 그리고 나서, 각 염료 용액의 UV-Vis 스펙트럼이 측정되었다.
화학식 (I-1)인 유기감응염료의 λmax 는 427 nm이고, 화학식 (I-2)인 유기감응염료의 λmax 는 380 nm이며, 화학식 (II-1)인 유기감응염료의 λmax는 491 nm이고, 화학식 (II-2)인 유기감응염료의 λmax는 526 nm이다.
광전자 특징에 관한 실험
비교실시예 1-4, 6-9 및 실시예 6-9에 의해 만들어진 염료감응 태양전지의 단락전류(JSC), 개방회로전압 (VOC), 채움인자(FF), 및 광전변환효율 (η)는 AM 1.5 광자극의 조명하에서 측정되었다. 실험결과는 하기 표 3 및 4에서 보여준다.
염료감응 태양전지의 실험결과
Jsc (mA/cm2) Voc (V) FF η (%)
비교실시예11 7.51 0.68 0.62 3.23
비교실시예2 7.54 0.68 0.61 3.11
비교실시예3 5.46 0.63 0.64 2.20
비교실시예4 5.64 0.67 0.61 2.24
비교실시예6 11.10 0.67 0.55 4.09
비교실시예7 11.33 0.66 0.57 4.30
비교실시예8 10.61 0.65 0.53 3.67
비교실시예9 9.93 0.65 0.56 3.67
실시예6 11.70 0.70 0.58 4.80
실시예7 11.96 0.69 0.59 4.86
실시예8 11.93 0.70 0.59 5.00
실시예9 12.81 0.70 0.61 5.56
표 3의 실험결과에 따르면, 첫 번째 유기감응염료(a)와 두 번째 유기감응염료(b)를 모두 사용하는 공동흡수방법을 이용하여 제조된 염료감응 태양전지(실시예 6-9)의 광전자 특징은 첫 번째 유기감응염료(a)만 사용된 경우 (예를 들어, 비교실시예 1-4) 또는 두 번째 유기감응염료(b)만 사용된 경우(예를 들어, 비교실시예 6-9)로 제조된 것보다 더 뛰어나다.
염료감응 태양전지의 실험결과
Jsc (mA/cm2) Voc (V) FF η (%)
비교실시예3 5.46 0.63 0.64 2.20
비교실시예5 8.15 0.68 0.64 3.55
비교실시예8 10.61 0.65 0.53 3.67
비교실시예10 6.76 0.64 0.60 2.65
실시예8 11.93 0.70 0.59 5.00
실시예10 10.62 0.69 0.65 4.75
실시예11 9.34 0.66 0.62 3.81
실시예12 9.85 0.73 0.66 4.80
표 4의 실험결과에 따르면, 첫 번째 유기감응염료(화학식 (I-1) 및 (I-2))와 두 번째 유기감응염료(화학식 (II-1) 및 (II-2))를 모두 사용하는 공동흡수방법을 이용하여 제조된 염료감응 태양전지(실시예 8, 10 및 11)의 광전자 특징은 첫 번째 유기감응염료(a)만 사용된 경우 (예를 들어, 비교실시예 3-5) 또는 두 번째 유기감응염료(b)만 사용된 경우(예를 들어, 비교실시예 8-10)로 제조된 것보다 더 뛰어나다.
다시 말해서, 첫 번째 유기감응염료의 구조와 두 번째 유기감응염료의 구조는 서로 다르기 때문에, 첫 번째 유기감응염료와 두 번째 유기감응염료 간의 최대흡수파장이 UV-vis 스펙트럼에서 차이가 나게 된다. 그러므로, 서로 다른 흡수파장을 가진 두 개의 유기감응염료가 공동 흡수되어 염료감응 태양전지를 제조할 때, 가시 영역내의 스팩트럼 이용률이 증가하게 된다. 추가로, 공동흡수방법을 수행하는 방법은 유기감응염료의 유형에 따라 조절될 수 있고, 태양전지의 광전 효율이 증가하게 된다.
결론적으로, 본 발명은 목적, 방법, 효율성, 또는 심지어 기술, 연구 및 디자인과 같은 다양한 면에서 선행기술과 상이하다. 비록 본 발명을 본 발명의 바람직한 구체예와 관련하여 설명했지만, 하기에서 청구하는 것과 같은 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 한도에서 많은 다른 가능한 변형 및 수정을 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구항으로 정의되어야 하며, 앞서 언급한 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로 이해되어서는 안 된다

Claims (18)

  1. 하기와 같이 구성되는 염료를 흡수하는 반전도성 층을 갖는 기판인 광양극:
    (a) 하기 화학식 (I)로 나타내는 첫 번째 유기감응염료 또는 그것들의 염,
    Figure pat00065

    (I)
    상기의 식에서,
    R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, n은 1, 2, 또는 3의 정수임;
    D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
    Figure pat00066
    ,
    Figure pat00067
    ,
    Figure pat00068
    또는
    Figure pat00069
    이거나, D1, D2, 및 N의 결합은 모여서
    Figure pat00070
    ,
    Figure pat00071
    또는
    Figure pat00072
    을 형성하고, 상기의 식에서, R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13, 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이며, R9, R12 및 R15는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬임;
    B는
    Figure pat00073
    ,
    Figure pat00074
    ,
    Figure pat00075
    ,
    Figure pat00076
    ,
    Figure pat00077
    ,
    Figure pat00078
    또는
    Figure pat00079
    이고, 상기 R16, R17 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이며, R19, R20, R21 및 R22 는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se임; 및
    (b) 첫 번째 유기감응염료와 두 번째 유기감응염료 간의 최대흡수파장의 차이가 50 nm이상인 두 번째 유기 감응 염료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 n은 1인 것을 특징으로 하는 광양극.
  3. 제1항에 있어서, 상기 D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
    Figure pat00080
    또는
    Figure pat00081
    이고, 상기 R5, R6, R7 및 R8 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이며, R9 는 H, 또는 C1~C12 알킬인 것을 특징으로 하는 광양극.
  4. 제3항에 있어서, 상기 B는
    Figure pat00082
    ,
    Figure pat00083
    또는
    Figure pat00084
    이고, 상기 R16 은 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이며, R19 및 R22은 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, Z 는 O, S 또는 Se인 것을 특징으로 하는 광양극.
  5. 제4항에 있어서, 상기 Z 는 S이고, n 은 1인 것을 특징으로 하는 광양극.
  6. 제5항에 있어서, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R16는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시인 것을 특징으로 하는 광양극.
  7. 제6항에 있어서, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R16는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬인 것을 특징으로 하는 광양극.
  8. 제1항에 있어서, 상기 B 는
    Figure pat00085
    또는
    Figure pat00086
    이고, 상기 R16는 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이며, R19는 H 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S, 또는 Se인 것을 특징으로 하는 광양극.
  9. 제8항에 있어서, 상기 D1 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬, 또는
    Figure pat00087
    이고, 상기 R5, R6, 및 R7는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노 또는 할로겐인 것을 특징으로 하는 광양극.
  10. 제9항에 있어서, 상기 Z는 S이고, n은 1인 것을 특징으로 하는 광양극.
  11. 제10항에 있어서, 상기 R1, R2, R3, R4 , R5, R6, R7 및 R16는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, 또는 C1~C12 알콕시인 것을 특징으로 하는 광양극.
  12. 제11항에 있어서, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 및 R16는 각각 독립적으로 H, 또는 C1~C12 알킬인 것을 특징으로 하는 광양극.
  13. 제12항에 있어서, 상기 R16 및 R19는 H 인 것을 특징으로 하는 광양극.
  14. 제1항에 있어서, 상기 구성요소(a)의 상기 첫 번째 유기감응염료은 하기 화학식 (I-1), 또는 (I-2)로 나타내는 화합물 또는 그들의 염인 것을 특징으로 하는 광양극:

    Figure pat00088

    (I-1)
    Figure pat00089

    (I-2).
  15. 제1항에 있어서, 상기 구성요소(b)의 상기 두 번째 유기감응염료는 하기 화학식 (II-1) 또는 (II-2)로 나타내는 화합물 또는 그들의 염인 것을 특징으로 하는 광양극:
    Figure pat00090

    (Ⅱ-1)
    Figure pat00091

    (Ⅱ-2).
  16. 제14항에 있어서, 상기 구성요소 (b)의 상기 두 번째 유기감응염료는 상기 화학식 (II-1) 또는 (II-2)로 나타내는 화합물 또는 그것들의 염인 것을 특징으로 하는 광양극.
  17. 하기의 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지:
    (A) 염료를 흡수하는 반전도성 층을 갖는 기판인 광양극, 상기 염료는 하기와 같이 구성됨:
    (a) 하기 화학식(I)로 나타내는 첫 번째 유기감응염료, 또는 그것들의 염,
    Figure pat00092

    (I)
    상기의 식에서,
    R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 또는 할로겐이고, n은 1, 2, 또는 3의 정수임;
    D1, 및 D2는 각각 독립적으로 C1~C12 알킬,
    Figure pat00093
    ,
    Figure pat00094
    ,
    Figure pat00095
    또는 이거나, D1, D2, 및 N의 결합은 모여서
    Figure pat00097
    ,
    Figure pat00098
    또는
    Figure pat00099
    을 형성하고, 상기의 식에서, R5, R6, R7, R8, R10, R11, R13 및 R14는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시, 아미노, 또는 할로겐이며, R9, R12 및 R15는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬임;
    B는
    Figure pat00100
    ,
    Figure pat00101
    ,
    Figure pat00102
    ,
    Figure pat00103
    ,
    Figure pat00104
    ,
    Figure pat00105
    또는
    Figure pat00106
    이고, 상기 R16, R17 및 R18는 각각 독립적으로 H, C1~C12 알킬, C1~C12 알콕시 또는 할로겐이며, R19, R20, R21 및 R22 는 각각 독립적으로 H 또는 C1~C12 알킬이고, Z는 O, S 또는 Se임; 및
    (b) 첫 번째 유기감응염료와 두 번째 유기감응염료 간의 최대흡수파장의 차이가 50 nm 이상인 두 번째 유기감응염료;
    (B) 음극; 및
    (C) 상기 광양극과 상기 음극 사이에 배치된 전해질 층.
  18. 하기의 단계로 이루어진 염료감응 태양전지를 제조하기 위한 방법:
    A. 제1항의 광양극을 제공하는 단계;
    B. 두 번째 기판을 제공하는 단계;
    C. 두 번째 기판 위에 금속 층을 형성하는 단계;
    D. 반전도성 층은 상기 금속 층과 마주보고 있고, 상기 광양극과 상기 두 번째 기판 사이에 공간부가 형성된, 상기 광양극과 상기 두 번째 기판을 구성하는 단계;
    E. 상기 공간부에 전해질을 채우는 단계; 및
    F. 상기 공간부를 실링하는 단계.

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