KR20120057959A - Novel ruthenium complex and photoelectric component using the same - Google Patents

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KR20120057959A
KR20120057959A KR1020100119537A KR20100119537A KR20120057959A KR 20120057959 A KR20120057959 A KR 20120057959A KR 1020100119537 A KR1020100119537 A KR 1020100119537A KR 20100119537 A KR20100119537 A KR 20100119537A KR 20120057959 A KR20120057959 A KR 20120057959A
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South Korea
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bipyridyl
ruthenium
sensitized solar
ruthenium complex
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KR1020100119537A
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치우-밍 흥
리-야 후앙
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에버라이트 유에스에이, 인코오포레이티드
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • C07F15/0006Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System compounds of the platinum group
    • C07F15/0046Ruthenium compounds
    • C07F15/0053Ruthenium compounds without a metal-carbon linkage
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

PURPOSE: A ruthenium complex is provided to ensure suitability as a dye-sensitized solar cell(DSC) and to improve photoelectric property of the DSC. CONSTITUTION: A ruthenium complex is denoted by chemical formula 1. In chemical formula 1, L1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridyl-4,4'-disulfonic acid, or 2,2'-bipyridyl-4,4'-diphosphonic acid; and L2 is . 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl, or 2,2'-bipyridine-4,4'-ditridecyl. The ruthenium complex is a dye compound for a dye-sensitized solar cell. The dye-sensitized solar cell comprise a photoanode containing ruthenium complex, a cathode, and an electrolytic layer between photoacid and cathodes.

Description

루테늄 복합체 및 이를 이용한 광전 부품{NOVEL RUTHENIUM COMPLEX AND PHOTOELECTRIC COMPONENT USING THE SAME}Ruthenium composite and optoelectronic component using same {NOVEL RUTHENIUM COMPLEX AND PHOTOELECTRIC COMPONENT USING THE SAME}

본 발명은 루테늄 복합체(ruthenium complex) 및 이를 이용한 광전 부품에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 염료감응 태양전지 (DSC), 및 이를 이용한 광전 부품에 사용되는 루테늄 복합체에 관한 것이다.
The present invention relates to a ruthenium complex and an optoelectronic component using the same, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell (DSC), and a ruthenium complex used in an optoelectronic component using the same.

산업기술의 발달과 관련하여, 오늘날 전세계는 에너지 위기 및 환경 공해와 같은 두 가지의 심각한 문제와 직면해 있다. 글로벌 에너지 위기를 해결하고, 환경 공해를 감소시키기 위한 효과적인 수단의 하나는 태양 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있는 태양전지(solar cell)이다. 염료감응 태양전지가 대용량으로 제조하기 위해 설계될 수 있고, 낮은 제조비용, 유연성 및 광학 투명성을 가져 건물에 적용될 수 있기 때문에, 상기 염료감응 태양전지의 응용은 점점더 매력적이다. Regarding the development of industrial technology, the world today faces two serious problems: energy crisis and environmental pollution. One effective means of addressing the global energy crisis and reducing environmental pollution is solar cells that can convert solar energy into electrical energy. Applications of such dye-sensitized solar cells are increasingly attractive because dye-sensitized solar cells can be designed for high volume production and can be applied to buildings with low manufacturing costs, flexibility and optical transparency.

최근에, Gratzel et al .은 염료감응 태양전지의 실용성을 확인하기 위한 일련의 보고서를 개시했다(e.g. O' Regan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737). 상기 염료감응 태양전지의 일반적인 구조는 애노드(anode), 캐소드(cathode), 나노-다공성 이산화티타늄 층, 염료(dye) 및 전해질을 포함하며, 여기서, 상기 염료는 염료감응 태양전지의 전환율에 중요한 역할을 담당한다. 상기 염료감응 태양전지에 적합한 염료는 넓은 흡수 스펙트럼, 높은 몰 흡수 계수(high molar absorption coefficient), 열 안정성, 및 광 안정성의 특성을 반드시 가져야 한다. Recently, Gratzel et al . Has published a series of reports to confirm the practicality of dye-sensitized solar cells (eg O 'Regan, B .; Gratzel, M. Nature 1991 , 353, 737). The general structure of the dye-sensitized solar cell includes an anode, a cathode, a nano-porous titanium dioxide layer, a dye and an electrolyte, where the dye plays an important role in the conversion rate of the dye-sensitized solar cell. In charge of. Suitable dyes for the dye-sensitized solar cell must have the characteristics of a broad absorption spectrum, high molar absorption coefficient, thermal stability, and light stability.

Gratzel의 실험실은 상기 염료감응 태양전지용 염료로서 일련의 루테늄 복합체를 공개했다. 1993년에, Gratzel의 실험실은 N3 염료로 제조된 염료감응 태양전지를 공개했고, 상기 염료감응 태양전지의 전환율은 AM 1.5 유도 광(stimulated light)의 조도하에서 10.0%이었다. 상기 N3 염료의 IPCE(incident photon-to-current conversion efficiency) 값은 400 내지 600 ㎚의 범위에서 80%이었다. 비록 수많은 루테늄 복합체가 개발되었을 지라도, 이들 염료 복합체의 전환율은 N3 염료보다 우수하지 못했다. 상기 N3 염료의 구조는 하기 화학식 a로 표시된다. Gratzel's lab revealed a series of ruthenium complexes as dyes for the dye-sensitized solar cells. In 1993, Gratzel's laboratory revealed a dye-sensitized solar cell made of N3 dye, the conversion of the dye-sensitized solar cell was 10.0% under the illuminance of AM 1.5 stimulated light. The incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) value of the N3 dye was 80% in the range of 400 to 600 nm. Although numerous ruthenium complexes have been developed, the conversion of these dye complexes has not been superior to N3 dyes. The structure of the N3 dye is represented by the following formula (a).

[화학식 a] (A)

Figure pat00001
Figure pat00001

2003년에, Gratzel의 실험실은 N719 염료로 제조된 염료감응 태양전지를 상세하게 공개했고, 상기 염료감응 태양전지의 전환율은 AM 1.5 유도 광의 조도하에서 10.85%로 개선되었다. 여기서, 상기 N719 염료의 구조는 하기 화학식 b로 표시된다. In 2003, Gratzel's laboratory revealed in detail a dye-sensitized solar cell made with N719 dye, the conversion of the dye-sensitized solar cell improved to 10.85% under the illumination of AM 1.5 induced light. Here, the structure of the N719 dye is represented by the following formula (b).

[화학식 b][Formula b]

Figure pat00002
Figure pat00002

Gratzel의 실험실은 또한 2004년에 블랙 염료로 제조된 염료감응 태양전지를 공개했고, 상기 염료감응 태양전지의 전환율은 AM 1.5 유도 광의 조도하에서 11.04%이었다. 상기 블랙 염료는 적색 및 근-IR 영역에서 스팩트럼 반응을 향상시킬 수 있어, 상기 염료감응 태양전지의 전환율은 개선될 수 있다. 상기 블랙 염료의 구조는 하기 화학식 c로 표시된다. Gratzel's lab also published a dye-sensitized solar cell made of black dye in 2004, with a conversion of 11.04% under the illuminance of AM 1.5 induced light. The black dye can improve the spectral response in the red and near-IR region, so that the conversion rate of the dye-sensitized solar cell can be improved. The structure of the black dye is represented by the following formula (c).

[화학식 c][Formula c]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 N3 염료, N719 염료, 및 블랙 염료와 같은 루테늄 복합체 이외에, 상기 염료감응 태양전지에 사용될 수 있는 다른 화합물은 플라티늄 복합체, 오스미움(osmium) 복합체, 철 복합체, 및 구리 복합체이다. 그러나, 다양한 연구의 결과는 상기 루테늄 복합체의 전환율이 다른 종류의 염료 화합물보다 우수함을 보여준다. In addition to ruthenium complexes such as the N3 dye, N719 dye, and black dye, other compounds that can be used in the dye-sensitized solar cell are platinum complexes, osmium complexes, iron complexes, and copper complexes. However, the results of various studies show that the conversion of the ruthenium complex is superior to other kinds of dye compounds.

상기 염료감응 태양전지용 염료는 전환율에 큰 영향을 미친다. 그러므로, 상기 염료감응 태양전지의 전환율을 개선시킬 수 있는 염료 화합물을 제공하는 것이 요구된다.
The dye-sensitized solar cell dye has a great influence on the conversion rate. Therefore, there is a need to provide a dye compound capable of improving the conversion rate of the dye-sensitized solar cell.

본 발명은 염료감응 태양전지의 광전 효율을 개선시키지 위한 상기 염료감응 태양전지에 사용되는 루테늄 복합체를 제공한다. The present invention provides a ruthenium composite used in the dye-sensitized solar cell for improving the photoelectric efficiency of the dye-sensitized solar cell.

본 발명은 또한 우수한 광전 특성을 갖는 염료감응 태양전지를 제공한다.
The present invention also provides a dye-sensitized solar cell having excellent photoelectric properties.

따라서, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 루테늄 복합체를 제공한다: Accordingly, the present invention provides a ruthenium complex represented by Formula 1 below:

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, here,

L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산, 2,2'-바이피리딜-4,4'-디설폰산, 또는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디포스폰산이고; L 1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridyl-4,4'-disulfonic acid, or 2,2'-bipyridyl-4 , 4'-diphosphonic acid;

L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐, 또는 2,2'-바이피리딘-4,4'-디트리데실이며; L 2 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl, or 2,2'-bipyridine-4,4'-ditridecyl;

A는 X+R1R2R3R4,

Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
, 또는
Figure pat00009
이고, 여기서 X는 N, 또는 P, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질, 및 R5, R6, R7은 서로 독립적으로 C1 -20 알킬; 및 m은 1, 또는 2이다. A is X + R 1 R 2 R 3 R 4 ,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
, or
Figure pat00009
, Wherein X is N, or P, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl each other, and R 5, R 6, R 7 independently of each other C 1 -20 alkyl; And m is 1 or 2.

상기 화학식 1에 있어서, L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산, 2,2'-바이피리딜-4,4'-디설폰산, 또는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디포스폰산일 수 있다. 바람직하게는, L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산이다. In Chemical Formula 1, L 1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridyl-4,4'-disulfonic acid, or 2,2 '-Bipyridyl-4,4'-diphosphonic acid. Preferably, L 1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid.

상기 화학식 1에 있어서, L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐, 또는 2,2'-바이피리딘-4,4'-디트리데실일 수 있다. 바람직하게는, L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐이다. In Formula 1, L 2 may be 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl, or 2,2'-bipyridine-4,4'-ditridecyl. Preferably, L 2 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl.

상기 화학식 1에 있어서, A는 X+R1R2R3R4,

Figure pat00010
,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
, 또는
Figure pat00014
이고, 여기서 X는 N, 또는 P, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질, 및 R5, R6, R7는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬이다. 바람직하게는, A는 P+R1R2R3R4, 여기서 R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질이다. 좀 더 바람직하게는, A는 N+R1R2R3R4, 여기서 R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질이다. 좀 더 바람직하게는, A는 N+R1R2R3R4, 여기서 R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질이다. In Chemical Formula 1, A is X + R 1 R 2 R 3 R 4 ,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
, or
Figure pat00014
, Wherein X is N, or P, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl each other, and R 5, R 6, R 7 are each independently selected from a C 1-20 alkyl. Preferably, A is a P + R 1 R 2 R 3 R 4, wherein R 1, R 2, R 3 , and R 4 are independently of each other C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl. In more preferably, A is N + R 1 R 2 R 3 R 4, wherein R 1, R 2, R 3 , and R 4 are independently of each other C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl. In more preferably, A is N + R 1 R 2 R 3 R 4, wherein R 1, R 2, R 3 , and R 4 are independently of each other C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl.

상기 화학식 1에 있어서, m은 1, 또는 2일 수 있다. 바람직하게는, m은 1이다. In Chemical Formula 1, m may be 1 or 2. Preferably, m is one.

상기 화학식 1로 표시되는 루테늄 복합체의 특정 예는 다음과 같다: Specific examples of the ruthenium complex represented by Formula 1 are as follows:

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure pat00015
Figure pat00015

[화학식 1b][Chemical Formula 1b]

Figure pat00016
Figure pat00016

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 1d]≪ RTI ID = 0.0 &

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure pat00019
Figure pat00019

[화학식 1f](1f)

Figure pat00020
Figure pat00020

본 발명은 또한 상기에서 언급된 루테늄 복합체를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다. The present invention also provides a dye-sensitized solar cell comprising the above-mentioned ruthenium composite.

부가적으로, 본 발명의 염료감응 태양전지는 (a) 상기에서 언급된 루테늄 복합체를 포함하는 포토애노드; (b) 캐소드; 및 (c) 상기 포토애노드 및 캐소드 사이에 위치된 전해질 층을 포함한다. Additionally, the dye-sensitized solar cell of the present invention comprises: (a) a photoanode comprising the ruthenium composite mentioned above; (b) a cathode; And (c) an electrolyte layer located between the photoanode and the cathode.

본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 포토애노드는 투명한 기판, 투명한 전도성 필름, 다공성 반도체 필름 및 상기 루테늄 복합체의 염료를 포함한다. In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the photoanode includes a transparent substrate, a transparent conductive film, a porous semiconductor film and a dye of the ruthenium composite.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 포토애노드의 투명 기판의 물질은 상기 기판의 물질이 투명한 물질이면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 투명 기판의 물질은 우수한 내습성, 내용제성 및 내후성을 갖는 투명한 물질이다. 따라서, 상기 염료감응 태양전지는 상기 투명 기판 외부로부터의 습기 및 가스에 저항할 수 있다. 상기 투명 기판의 예로는 석영 및 유리와 같은 투명한 무기 기판; 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET), 폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트) (PEN), 폴리카보네이트 (PC), 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 및 폴리이미드 (PI)와 같은 투명한 플라스틱 기판을 포함한다. 선택적으로, 상기 투명 기판의 두께는 상기 염료감응 태양전지의 투과율 및 특성에 대한 요구에 따라 변화되는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는, 상기 투명 기판의 물질은 유리이다. In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the material of the transparent substrate of the photoanode is not particularly limited as long as the material of the substrate is a transparent material. Preferably, the material of the transparent substrate is a transparent material having excellent moisture resistance, solvent resistance and weather resistance. Thus, the dye-sensitized solar cell may resist moisture and gas from outside the transparent substrate. Examples of the transparent substrate include transparent inorganic substrates such as quartz and glass; And poly (ethylene terephthalate) (PET), poly (ethylene 2,6-naphthalate) (PEN), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyimide (PI) It includes a transparent plastic substrate. Optionally, the thickness of the transparent substrate is not particularly limited in the range that varies depending on the requirements for the transmittance and characteristics of the dye-sensitized solar cell. Preferably, the material of the transparent substrate is glass.

더군다나, 본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 투명한 전도성 층의 물질은 인듐 산화주석 (ITO), 불소-도핑 산화주석 (FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 또는 주석-기초 산화물일 수 있다. Furthermore, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, the material of the transparent conductive layer is indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , or Tin-based oxides.

부가적으로, 본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 다공성 반도체 층은 반도체 입자로 제조될 수 있다. 적절한 미세입자는 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 반도체 미세입자는 TiO2 입자이다. 상기 반도체 입자는 평균 직경이 5 내지 500 나노미터일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 50 나노미터이다. 더군다나, 상기 다공성 반도체 층의 두께는 5?25 ㎛일 수 있다. Additionally, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, the porous semiconductor layer may be made of semiconductor particles. Suitable microparticles can include Si, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , and mixtures thereof. Preferably, the semiconductor microparticles are TiO 2 particles. The semiconductor particles may have an average diameter of 5 to 500 nanometers, preferably 10 to 50 nanometers. Furthermore, the thickness of the porous semiconductor layer may be 5 ~ 25 ㎛.

본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 루테늄 복합체는 상기에서 언급된 루테늄 복합체일 수 있다. In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the ruthenium composite may be the ruthenium composite mentioned above.

그 밖에, 상기 염료감응 태양전지에 사용된 캐소드의 재료는 어떤 전도성 물질을 포함할 수 있으면 특별히 제한받지는 않는다. 선택적으로, 상기 캐소드의 재료는 절연 물질일 수 있고, 전도성 층은 상기 포토애노드와 접하는 상기 캐소드의 표면에 형성된다. 상기 캐소드의 재료는 전기화학적으로 안정한 물질일 수 있다. 상기 캐소드의 물질로 적절한 예로는 Pt, Au, C, 또는 이와 같은 것을 포함한다. In addition, the material of the cathode used in the dye-sensitized solar cell is not particularly limited as long as it can include any conductive material. Optionally, the material of the cathode may be an insulating material, and a conductive layer is formed on the surface of the cathode in contact with the photoanode. The material of the cathode may be an electrochemically stable material. Suitable examples of the material of the cathode include Pt, Au, C, or the like.

더군다나, 상기 염료감응 태양전지의 전해질 층에 사용된 물질은 전자 및/또는 홀(holes)을 이동시킬 수 있는 어떤 물질일 수 있으면 특별히 한정되지는 않는다. Furthermore, the material used for the electrolyte layer of the dye-sensitized solar cell is not particularly limited as long as it can be any material capable of moving electrons and / or holes.

부가적으로, 본 발명은 상기에서 언급된 루테늄 복합체를 포함하는 염료 용액을 더욱 제공한다. In addition, the present invention further provides a dye solution comprising the above-mentioned ruthenium complex.

본 발명의 염료 용액은 (A) 0.01?1 wt%의 상기 루테늄 복합체; 및 (B) 99?99.99 wt%의 유기 용매를 포함하고, 상기 유기용매는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸 포마이드, 및 N-메틸-2-피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
The dye solution of the present invention (A) 0.01-1 wt% of the ruthenium complex; And (B) 99-99.99 wt% of an organic solvent, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, methanol, ethanol, propanol, butanol, dimethyl pomide, and N-methyl-2-pyrrolidone do.

본 발명에 따른 루테늄 복합체는 염료감응 태양전지의 광전 효율을 개선시키는 효과가 있다.
Ruthenium composite according to the present invention has the effect of improving the photoelectric efficiency of the dye-sensitized solar cell.

이하 본 발명의 특징을 좀 더 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 루테늄 복합체는 하기의 방법으로 합성될 수 있다. Ruthenium complex of the present invention can be synthesized by the following method.

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (Z907 염료)는 Nature Material , 2003, 2, 402-407에 기술된 방법에 따라 합성된다. Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) (Z907 Dye) The Nature It is synthesized according to the method described in Material , 2003 , 2 , 402-407.

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ)는 증류수에 분산되고, 여기에 10% 수용액의 테트라부틸암모니움 하이드록사이드가 첨가되고, 반응용액의 pH는 11로 조정된다. 그 다음, 상기 반응 용액은 상기 루테늄 복합체가 물에 완전히 용해될 때까지 교반된다. 마지막으로, 상기 반응 용액의 pH 값은 0.1 M 질산( aq )으로 4.6으로 조정되어 화학식 1a로 표시되는 루테늄 복합체를 얻는다. Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) Is dispersed in distilled water, and 10% aqueous tetrabutylammonium hydroxide is added thereto, and the pH of the reaction solution is adjusted to 11. The reaction solution is then stirred until the ruthenium complex is completely dissolved in water. Finally, the pH value of the reaction solution is adjusted to 4.6 with 0.1 M nitric acid ( aq ) to obtain a ruthenium complex represented by Formula 1a.

본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하기 위한 방법은 특별히 한정되지 않고, 당 업자에게 알려진 통상의 방법으로 본 발명의 염료감응 태양전지는 제조될 수 있다. The method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention is not particularly limited, and the dye-sensitized solar cell of the present invention can be produced by conventional methods known to those skilled in the art.

상기 투명 기판의 물질은 상기 기판 물질이 투명한 물질이면 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는, 상기 투명 기판의 물질은 우수한 내습성, 내용제성 및 내후성을 갖는 투명한 물질이다. 따라서, 상기 염료감응 태양전지는 상기 투명 기판 외부로부터의 습기 및 가스에 저항할 수 있다. 상기 투명 기판의 예로는 석영 및 유리와 같은 투명한 무기 기판; 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET), 폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트) (PEN), 폴리카보네이트 (PC), 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 및 폴리이미드 (PI)와 같은 투명한 플라스틱 기판을 포함하지만, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 상기 투명 기판의 두께는 상기 염료감응 태양전지의 투과율 및 특성에 대한 요구에 따라 변화될 수 있어 특별히 제한받지 않는다. 특정 실시 예에 있어서, 상기 투명 기판 물질은 유리 기판이다. The material of the transparent substrate is not particularly limited as long as the substrate material is a transparent material. Preferably, the material of the transparent substrate is a transparent material having excellent moisture resistance, solvent resistance and weather resistance. Thus, the dye-sensitized solar cell may resist moisture and gas from outside the transparent substrate. Examples of the transparent substrate include transparent inorganic substrates such as quartz and glass; And poly (ethylene terephthalate) (PET), poly (ethylene 2,6-naphthalate) (PEN), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyimide (PI) It includes, but is not limited to, a transparent plastic substrate. Optionally, the thickness of the transparent substrate can be varied according to the requirements for the transmittance and characteristics of the dye-sensitized solar cell is not particularly limited. In certain embodiments, the transparent substrate material is a glass substrate.

더군다나, 본 발명의 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 투명한 전도성 층 물질은 인듐 산화주석 (ITO), 불소-도핑 산화주석 (FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 또는 주석-기초 산화물일 수 있다. 특정 실시 예에 있어서, 불소-도핑 산화주석이 투명 전도층으로 사용된다. Furthermore, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, the transparent conductive layer material is indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , or tin It may be a base oxide. In certain embodiments, fluorine-doped tin oxide is used as the transparent conductive layer.

부가적으로, 상기 다공성 반도체 층은 반도체 입자로 제조된다. 적절한 미세입자는 Si, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 먼저, 상기 반도체 입자는 페이스트 형태로 제조되고, 상기 투명 전도성 기판은 상기 페이스트로 코팅된다. 여기에 사용된 코팅 방법은 블레이드 코팅, 스크린 프린팅, 스핀 코팅 및 스프레이 코팅이다. 부가적으로, 상기 코팅 공정은 적절한 두께의 다공성 반도체 층을 얻기 위해 1회 이상 수행될 수 있다. 상기 반도체 층은 단일-층 또는 복수-층일 수 있고, 여기서, 복수-층의 각각의 층은 다른 직경을 갖는 반도체 입자에 의해 형성된다. 예를 들어, 5 내지 50 ㎚의 직경을 갖는 상기 반도체 입자는 5 내지 20 ㎛의 두께로 코팅된 다음, 그 위에 200 내지 400 ㎚의 직경을 갖는 상기 반도체 입자가 3 내지 5 ㎛의 두께로 코팅된다. 그 다음, 50 내지 100 ℃의 온도에서 건조한 후에, 복수 층의 반도체 층을 얻기 위하여, 400 내지 500 ℃의 온도 범위에서 30분 동안 소결이 수행된다. In addition, the porous semiconductor layer is made of semiconductor particles. Suitable microparticles can include Si, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 , and mixtures thereof. First, the semiconductor particles are manufactured in the form of a paste, and the transparent conductive substrate is coated with the paste. Coating methods used here are blade coating, screen printing, spin coating and spray coating. In addition, the coating process may be performed one or more times to obtain a porous semiconductor layer of appropriate thickness. The semiconductor layer can be a single-layer or a multi-layer, wherein each layer of the multi-layer is formed by semiconductor particles having a different diameter. For example, the semiconductor particles having a diameter of 5 to 50 nm are coated to a thickness of 5 to 20 μm, and then the semiconductor particles having a diameter of 200 to 400 nm are coated thereon to a thickness of 3 to 5 μm. . Then, after drying at a temperature of 50 to 100 ° C., sintering is performed for 30 minutes in a temperature range of 400 to 500 ° C. in order to obtain a plurality of semiconductor layers.

상기 루테늄 복합체는 염료용액을 제조하기 적절한 용매에 용해될 수 있다. 적절한 용매는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸 포마이드, N-메틸-2-피롤리돈 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 반도체 층으로 코팅된 투명 기판은 상기 반도체 층이 염료 용액에서 염료를 완전히 흡수할 때까지 염료용액에 디핑된다. 염료 흡수가 완료된 후에, 상기 반도체 층으로 코팅된 투명 기판은 이동되고, 건조되어 염료감응 태양전지용 포토애노드가 얻어진다. The ruthenium complex may be dissolved in a solvent suitable for preparing a dye solution. Suitable solvents include, but are not limited to, acetonitrile, methanol, ethanol, propanol, butanol, dimethyl pomide, N-methyl-2-pyrrolidone or mixtures thereof. Here, the transparent substrate coated with the semiconductor layer is dipped into the dye solution until the semiconductor layer completely absorbs the dye from the dye solution. After dye absorption is completed, the transparent substrate coated with the semiconductor layer is moved and dried to obtain a photoanode for dye-sensitized solar cell.

그 밖에, 상기 염료감응 태양전지용 캐소드의 물질은 어떤 전도성 물질을 포함할 수 있으면 특별히 제한받지 않는다. 선택적으로, 상기 캐소드의 물질은 절연 물질일 수 있고, 전도성 층은 상기 포토애노드를 접하는 표면상에 형성된다. 상기 캐소드의 물질은 전기화학적으로 안정한 물질일 수 있다. 상기 캐소드의 물질로 적절한 예로는 Pt, Au, C, 또는 이와 같은 것을 포함한다. In addition, the material of the dye-sensitized solar cell cathode is not particularly limited as long as it can include any conductive material. Optionally, the material of the cathode can be an insulating material, and a conductive layer is formed on the surface that abuts the photoanode. The material of the cathode may be an electrochemically stable material. Suitable examples of the material of the cathode include Pt, Au, C, or the like.

더군다나, 상기 염료감응 태양전지의 전해질 층에 사용된 물질은 전자 및/또는 홀(holes)을 이동시킬 수 있는 어떤 물질일 수 있으면 특별히 한정되지는 않는다. 부가적으로, 액상 전해질은 요오드 함유 아세토니트릴 용액, 요오드 함유 N-메틸-2-피롤리돈 용액, 또는 요오드 함유 3-메톡시 프로피오니트릴일 수 있다. 특정 실시 예에 있어서, 상기 액상 전해질은 요오드 함유 아세토니트릴 용액일 수 있다. Furthermore, the material used for the electrolyte layer of the dye-sensitized solar cell is not particularly limited as long as it can be any material capable of moving electrons and / or holes. Additionally, the liquid electrolyte may be an iodine containing acetonitrile solution, an iodine containing N-methyl-2-pyrrolidone solution, or an iodine containing 3-methoxy propionitrile. In certain embodiments, the liquid electrolyte may be an iodine-containing acetonitrile solution.

본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하기 위한 특정의 일 실시 예는 다음과 같다. One specific embodiment for manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present invention is as follows.

먼저, 직경이 20?30 ㎚인 TiO2 입자를 함유하는 페이스트로 불소-도핑 산화주석 (FTO)으로 커버된 유리 기판을 스크린 프린팅 법으로 1회 또는 수차례 코팅시킨다. 그 다음, 상기 유리 기판은 450℃에서 30분 동안 소결된다. First, a glass substrate covered with fluorine-doped tin oxide (FTO) with a paste containing TiO 2 particles having a diameter of 20 to 30 nm is coated once or several times by screen printing. The glass substrate is then sintered at 450 ° C. for 30 minutes.

루테늄 복합체의 염료 용액을 제조하기 위해, 상기 루테늄 복합체는 아세토니트릴 및 t-부탄올 (1:1 v/v)의 혼합물에서 용해된다. 그 후, 다공성 TiO2 층을 갖는 상기 유리 기판은 상기 염료 용액으로 디핑된다. 상기 다공성 TiO2 층이 염료 액에서 염료를 완전히 흡수한 후에, 최종 유리 기판은 이동되고, 건조되어 포토애노드는 얻어진다. In order to prepare a dye solution of the ruthenium complex, the ruthenium complex is acetonitrile and t- butanol Dissolve in a mixture of (1: 1 v / v). Thereafter, the glass substrate with the porous TiO 2 layer is dipped into the dye solution. After the porous TiO 2 layer completely absorbs the dye in the dye solution, the final glass substrate is moved and dried to obtain a photoanode.

불소-도핑 산화주석에 의해 커버된 유리 기판은 0.75 ㎜의 직경을 갖는 주입구(inlet)를 형성하기 위해 천공된다. 여기서, 상기 주입구는 전해질 조성물을 주입하기 위해 사용된다. 그 다음, 상기 불소-도핑 산화주석에 의해 커버된 유리 기판은 H2PtCl6 용액으로 코팅된 다음, 상기 유리 기판은 400℃에서 15분 동안 가열되어 캐소드를 형성한다. The glass substrate covered by fluorine-doped tin oxide is perforated to form an inlet having a diameter of 0.75 mm. Here, the injection hole is used to inject the electrolyte composition. The glass substrate covered by the fluorine-doped tin oxide is then coated with a H 2 PtCl 6 solution, and then the glass substrate is heated at 400 ° C. for 15 minutes to form a cathode.

그 후, 두께가 60 ㎛인 열가소성 폴리머 층은 상기 포토애노드 및 캐소드 사이에 위치된다. 상기 두 전극은 120 내지 140℃의 온도에서, 두 전극을 부착시키기 위해 가압된다. Thereafter, a 60 μm thick thermoplastic polymer layer is placed between the photoanode and the cathode. The two electrodes are pressed at a temperature of 120 to 140 ° C. to attach the two electrodes.

그 다음, 전해질은 주입되고, 여기서 상기 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 함유하는 아세토니트릴 용액이다. 상기 주입구는 열가소성 폴리머 층으로 밀봉된 후에, 본 발명의 염료감응 태양전지를 얻는다.
The electrolyte is then injected, where the electrolyte is an acetonitrile solution containing 0.03 MI 2 /0.3 M LiI / 0.5 M t -butyl-pyridine. After the inlet is sealed with a thermoplastic polymer layer, the dye-sensitized solar cell of the present invention is obtained.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다. 본 실시 예에 사용된 단위, 부 및 퍼센트는 특별한 언급이 없는 한 중량에 기초하며, 온도는 ℃로 표시된다. 중량부 및 부피부의 사이의 관계는 킬로그램과 리터와의 관계와 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples. Units, parts, and percentages used in this example are by weight unless otherwise indicated, and temperatures are expressed in degrees Celsius. The relationship between parts by weight and parts by volume is equal to that between kilograms and liters.

실시 예 1Example 1

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (테트라부틸암모니움) (화학식 1a)의 합성 Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) Tetrabutylammonium (Synthesis 1a)

Nature Material , 2003, 2, 402-407에 기술된 방법에 따라 합성된 1부의 시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (Z907 염료) 및 10부의 증류수는 반응 플라스크에 첨가되고, 상기 반응용액은 상기 루테늄 복합체를 분산시키기 위해 교반된다. 그 다음, 10% 수용액의 테트라부틸암모니움 하이드록사이드는 상기 반응용액에 한 방울 한 방울씩 첨가되어 반응용액의 pH를 11로 조정한다. 상기 반응 용액은 상기 루테늄 복합체가 물에 완전히 용해될 때까지 계속적으로 교반된다. 그 다음, 상기 반응 용액의 pH 값은 0.1 M 질산( aq )을 사용하여 4.6으로 조정된다. 18시간 동안 상기 반응용액을 교반한 후에, 생성물을 여과하기 위해 소결된 유리 필터로 여과한 다음, pH 4.1을 갖는 5부의 증류수를 이용하여 생성물을 세척한다. 최종적으로, 0.43부의 검은 고체 생성물(화학식 1a)을 얻었고, 상기 생성물(화학식 1a)의 수율은 85%이었다. Nature 1 part cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) synthesized according to the method described in Material , 2003 , 2 , 402-407 (2, 2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) (Z907 dye) and 10 parts of distilled water are added to the reaction flask, and the reaction solution is stirred to disperse the ruthenium complex. Then, tetrabutylammonium hydroxide in 10% aqueous solution is added dropwise to the reaction solution to adjust the pH of the reaction solution to 11. The reaction solution is continuously stirred until the ruthenium complex is completely dissolved in water. The pH value of the reaction solution is then adjusted to 4.6 using 0.1 M nitric acid ( aq ) . After stirring the reaction solution for 18 hours, the product is filtered through a sintered glass filter to filter and then the product is washed with 5 parts distilled water having pH 4.1. Finally, 0.43 parts of black solid product (Formula 1a) was obtained, and the yield of the product (Formula 1a) was 85%.

실시 예 2Example 2

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) 비스(테트라부틸암모니움) (화학식 1b)의 합성 Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) Synthesis of Bis (tetrabutylammonium) (Formula 1b)

Nature Material , 2003, 2, 402-407에 기술된 방법에 따라 합성된 1부의 시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (Z907 염료) 및 10부의 증류수는 반응 플라스크에 첨가되고, 상기 반응용액은 상기 루테늄 복합체를 분산시키기 위해 교반된다. 그 다음, 10% 수용액의 테트라부틸암모니움 하이드록사이드는 상기 반응용액에 한 방울 한 방울씩 첨가되어 반응용액의 pH를 11로 조정한다. 상기 반응 용액은 상기 루테늄 복합체가 물에 완전히 용해될 때까지 계속적으로 교반된다. 그 다음, 상기 반응 용액의 pH 값은 0.1 M 질산( aq )을 사용하여 5.5로 조정된다. 18시간 동안 상기 반응용액을 교반한 후에, 생성물을 여과하기 위해 소결된 유리 필터로 여과한 다음, pH 4.1을 갖는 5부의 증류수를 이용하여 생성물을 세척한다. 최종적으로, 0.44부의 검은 고체 생성물(화학식 1b)을 얻었고, 상기 생성물(화학식 1b)의 수율은 70%이었다. Nature 1 part cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) synthesized according to the method described in Material , 2003 , 2 , 402-407 (2, 2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) (Z907 dye) and 10 parts of distilled water are added to the reaction flask, and the reaction solution is stirred to disperse the ruthenium complex. Then, tetrabutylammonium hydroxide in 10% aqueous solution is added dropwise to the reaction solution to adjust the pH of the reaction solution to 11. The reaction solution is continuously stirred until the ruthenium complex is completely dissolved in water. The pH value of the reaction solution is then adjusted to 5.5 using 0.1 M nitric acid ( aq ) . After stirring the reaction solution for 18 hours, the product is filtered through a sintered glass filter to filter and then the product is washed with 5 parts distilled water having pH 4.1. Finally, 0.44 part of a black solid product (Formula 1b) was obtained, and the yield of the product (Formula 1b) was 70%.

실시 예 3Example 3

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (벤질트리에틸암모니움) (화학식 1c)의 합성 Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) Synthesis of (Benzyltriethylammonium) (Formula 1c)

본 실시 예의 화합물은 실시 예 1에서 10부의 탈 이온수 대신에 5부의 탈 이온수 및 5부의 메탄올을 사용하고, 테트라부틸암모니움 하이드록사이드 수용액 대신에 벤질트리에틸암모니움 하이드록사이드 (TCI Co., Ltd.,) 수용액으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 합성되었다. 최종적으로, 0.35부의 검은 고체 생성물(화학식 1c)을 얻었고, 상기 생성물(화학식 1c)의 수율은 71%이었다. In Example 1, 5 parts of deionized water and 5 parts of methanol were used in place of 10 parts of deionized water, and benzyltriethylammonium hydroxide (TCI Co., Ltd.,) was synthesized in the same manner except for replacing with an aqueous solution. Finally, 0.35 part of a black solid product (Formula 1c) was obtained, and the yield of the product (Formula 1c) was 71%.

실시 예 4Example 4

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (테트라부틸포스포니움) (화학식 1d)의 합성 Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) Synthesis of Tetrabutylphosphonium (Formula 1d)

본 실시 예의 화합물은 실시 예 1에서 10부의 탈 이온수 대신에 5부의 탈 이온수 및 5부의 메탄올을 사용하고, 테트라부틸암모니움 하이드록사이드 수용액 대신에 테트라부틸포스포니움 하이드록사이드 수용액으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 합성되었다. 최종적으로, 0.42부의 검은 고체 생성물(화학식 1d)을 얻었고, 상기 생성물(화학식 1d)의 수율은 81%이었다. In Example 1, 5 parts of deionized water and 5 parts of methanol were used in place of 10 parts of deionized water, and a tetrabutyl phosphonium hydroxide aqueous solution was substituted for aqueous solution of tetrabutylammonium hydroxide. Except for the synthesis. Finally, 0.42 parts of black solid product (Formula 1d) was obtained, and the yield of the product (Formula 1d) was 81%.

실시 예 5Example 5

시스-디(티오시아나토)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)(2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐)루테늄(Ⅱ) (1-도데실피리디니움) (화학식 1e)의 합성 Cis-di (thiocyanato) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) (2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl) ruthenium (II) Synthesis of (1-dodecylpyridinium) (Formula 1e)

본 실시 예의 화합물은 실시 예 1에서 10부의 탈 이온수 대신에 5부의 탈 이온수 및 5부의 메탄올을 사용하고, 테트라부틸암모니움 하이드록사이드 수용액 대신에 98%의 1-도데실피리디니움 클로라이드 시약(ALDRICH)으로 조성된 1-도데실피리디니움 하이드록사이드 수용액으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 합성되었다. 최종적으로, 0.32부의 검은 고체 생성물(화학식 1e)을 얻었고, 상기 생성물(화학식 1e)의 수율은 63%이었다. In Example 1, 5 parts of deionized water and 5 parts of methanol were used instead of 10 parts of deionized water, and 98% of 1-dodecylpyridinium chloride reagent (ALDRICH) was used instead of aqueous tetrabutylammonium hydroxide. Synthesis was carried out in the same manner, except that it was replaced with an aqueous 1-dodecylpyridinium hydroxide solution. Finally, 0.32 parts of a black solid product (Formula 1e) was obtained, and the yield of the product (Formula 1e) was 63%.

실시 예 6Example 6

염료감응 태양전지의 제조Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

불소-도핑 산화주석 (FTO)으로 커버된 유리 기판은 직경이 20?30 ㎚인 TiO2 입자를 함유하는 페이스트로 1회 또는 수차례 코팅된다. 상기 유리 기판의 두께는 4㎜이고, 상기 유리 기판의 전기 저항은 10Ω이다. 그 다음, 상기 코팅된 유리 기판은 450℃에서 30분 동안 소결되고, 소결된 다공성 TiO2 층의 두께는 10 내지 12 ㎛이다. Glass substrates covered with fluorine-doped tin oxide (FTO) are coated one or several times with a paste containing TiO 2 particles having a diameter of 20-30 nm. The thickness of the glass substrate is 4 mm, and the electrical resistance of the glass substrate is 10 Ω. The coated glass substrate is then sintered at 450 ° C. for 30 minutes and the thickness of the sintered porous TiO 2 layer is 10-12 μm.

상기 실시 예 1에 의해 제조된 루테늄 복합체는 아세토니트릴 및 t-부탄올 (1:1 v/v)의 혼합물에서 용해되고, 0.5 M 루테늄 복합체를 함유하는 염료 용액은 얻어진다. 그 다음, 다공성 TiO2 층으로 커버된 상기 유리 기판은 상기 염료 용액에 디핑시켜 상기 다공성 TiO2 층에 염료를 부착시킨다. 16 내지 24시간 후에, 최종 유리 기판은 이동되고, 건조되어 포토애노드는 얻어진다. Ruthenium complex prepared by Example 1 is acetonitrile and t- butanol A dye solution, dissolved in a mixture of (1: 1 v / v) and containing 0.5 M ruthenium complex, is obtained. The glass substrate covered with the porous TiO 2 layer is then dipped into the dye solution to attach a dye to the porous TiO 2 layer. After 16 to 24 hours, the final glass substrate is moved and dried to obtain a photoanode.

불소-도핑 산화주석에 의해 커버된 유리 기판은 0.75 ㎜의 직경을 갖는 주입구를 형성하기 위해 천공된다. 여기서, 상기 주입구는 전해질 조성물을 주입하기 위해 사용된다. 그 다음, 상기 불소-도핑 산화주석에 의해 커버된 유리 기판은 H2PtCl6 용액 (1 ㎖ 에탄올에 2 ㎎ Pt)으로 코팅된 다음, 상기 유리 기판은 400℃에서 15분 동안 가열되어 캐소드를 형성한다. The glass substrate covered with fluorine-doped tin oxide was perforated to form an injection hole having a diameter of 0.75 mm. Here, the injection hole is used to inject the electrolyte composition. The glass substrate covered by the fluorine-doped tin oxide was then coated with a H 2 PtCl 6 solution (2 mg Pt in 1 ml ethanol), and then the glass substrate was heated at 400 ° C. for 15 minutes to form a cathode. do.

그 후, 두께가 60 ㎛인 열가소성 폴리머 층은 상기 포토애노드 및 캐소드 사이에 위치된다. 상기 두 전극은 120 내지 140℃의 온도에서, 두 전극을 부착시키기 위해 가압된다. Thereafter, a 60 μm thick thermoplastic polymer layer is placed between the photoanode and the cathode. The two electrodes are pressed at a temperature of 120 to 140 ° C. to attach the two electrodes.

그 다음, 전해질은 주입되고, 여기서 상기 전해질은 0.03 M I2/0.3 M LiI/0.5 M t-부틸-피리딘을 함유하는 아세토니트릴 용액이다. 상기 주입구를 열가소성 폴리머 층으로 밀봉시킨 후에, 본 발명의 염료감응 태양전지를 얻는다. The electrolyte is then injected, where the electrolyte is an acetonitrile solution containing 0.03 MI 2 /0.3 M LiI / 0.5 M t -butyl-pyridine. After sealing the inlet with a thermoplastic polymer layer, the dye-sensitized solar cell of the present invention is obtained.

실시 예 7 Example 7

염료감응 태양전지의 제조 Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

본 실시 예의 염료감응 태양전지를 제조하는 공정은 상기 실시 예 6에서 실시 예 1에 의해 제조된 루테늄 복합체 대신에 실시 예 2에 의해 제조된 루테늄 복합체로 대체한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. The process of manufacturing the dye-sensitized solar cell of this embodiment was performed in the same manner as in Example 6, except that the ruthenium composite prepared by Example 2 was replaced with the ruthenium composite prepared by Example 1.

실시 예 8 Example 8

염료감응 태양전지의 제조 Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

본 실시 예의 염료감응 태양전지를 제조하는 공정은 상기 실시 예 6에서 실시 예 1에 의해 제조된 루테늄 복합체 대신에 실시 예 3에 의해 제조된 루테늄 복합체로 대체한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. The process of manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present embodiment was performed in the same manner as in Example 6, except that the ruthenium composite prepared by Example 3 was replaced with the ruthenium composite prepared by Example 1.

실시 예 9 Example 9

염료감응 태양전지의 제조 Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

본 실시 예의 염료감응 태양전지를 제조하는 공정은 상기 실시 예 6에서 실시 예 1에 의해 제조된 루테늄 복합체 대신에 실시 예 4에 의해 제조된 루테늄 복합체로 대체한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. The process of manufacturing the dye-sensitized solar cell of this example was performed in the same manner as in Example 6, except that the ruthenium composite prepared by Example 4 was replaced with the ruthenium composite prepared by Example 1.

비교 예 10 Comparative Example 10

염료감응 태양전지의 제조 Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

본 비교 예의 염료감응 태양전지를 제조하는 공정은 상기 실시 예 6에서 실시 예 1에 의해 제조된 루테늄 복합체 대신에 Z907로 대체한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. The process of manufacturing the dye-sensitized solar cell of this comparative example was carried out in the same manner except that Z907 was replaced with the ruthenium composite prepared by Example 1 in Example 6.

시험 방법 및 결과 Test method and result

광전 특성의 시험Test of photoelectric properties

실시 예 6?9 및 비교 예에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 단락 회로 전류(short circuit current) (JSC), 개방 회로 전압(open circuit voltage) (VOC), 필팩터(fill factor) (FF), 광전 전환율(η) 및 IPCE (incident photon-to-current conversion efficiency)는 AM 1.5 유도 광의 조도에서 측정된다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The short circuit current (J SC ), open circuit voltage (V OC ), and fill factor of the dye-sensitized solar cells prepared by Examples 6-9 and Comparative Examples ( FF), photoelectric conversion (η) and incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) are measured at the illuminance of the AM 1.5 induced light. The results are shown in Table 1 below.

염료 및 염료감응 태양전지의 시험 결과Test results of dyes and dye-sensitized solar cells 염료dyes JSC (㎃/㎠)J SC (㎃ / ㎠) VOC (V)V OC (V) FFFF η (%)η (%) 실시 예 6Example 6 화학식 1aFormula 1a 0.7390.739 9.609.60 64.8264.82 4.604.60 실시 예 7Example 7 화학식 1b1b 0.7280.728 9.609.60 61.1961.19 4.284.28 실시 예 8Example 8 화학식 1cFormula 1c 0.7460.746 9.689.68 64.8864.88 4.684.68 실시 예 9Example 9 화학식 1dFormula 1d 0.7360.736 9.539.53 64.3164.31 4.514.51 비교 예Comparative example Z907Z907 0.7400.740 8.728.72 65.4165.41 4.224.22

상기 표 1의 결과는 본 발명의 루테늄 복합체에 의해 제조된 염료감응 태양전지의 단락 회로 전류 (JSC), 개방 회로 전압 (VOC) 및 필팩터 (FF)가 Z907 염료에 의해 제조된 염료감응 태양전지와 비교하여 개선되었음을 보여준다. The results of Table 1 show that the short circuit current (J SC ), the open circuit voltage (V OC ) and the fill factor (FF) of the dye-sensitized solar cell manufactured by the ruthenium composite of the present invention are dye-sensitized by the Z907 dye. It shows improvement compared to solar cell.

결론적으로, 본 발명은 목적, 구성 및 효과와 같은 몇 가지 방법뿐만 아니라, 기술 및 연구 및 설계에서 조차도 종래의 기술과 다르다. 비록 본 발명을 바람직한 실시 예로 설명하였을 지라도, 당업자는 하기에 청구된 본 발명의 특허청구범위 내에서 다양한 변형과 변화가 가능할 수 있다. In conclusion, the present invention differs from the prior art not only in several ways such as object, composition and effect, but also in technology and research and design. Although the present invention has been described in the preferred embodiments, those skilled in the art can make various modifications and changes within the scope of the claims of the present invention.

Claims (18)

하기 화학식 1로 표시되는 루테늄 복합체:
[화학식 1]
Figure pat00021

여기서,
L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산, 2,2'-바이피리딜-4,4'-디설폰산, 또는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디포스폰산이고;
L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐, 또는 2,2'-바이피리딘-4,4'-디트리데실이며;
A는 X+R1R2R3R4,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
, 또는
Figure pat00026
이고, 여기서 X는 N, 또는 P, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질, 및 R5, R6, R7은 서로 독립적으로 C1 -20 알킬; 및 m은 1, 또는 2이다.
Ruthenium complex represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure pat00021

here,
L 1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridyl-4,4'-disulfonic acid, or 2,2'-bipyridyl-4 , 4'-diphosphonic acid;
L 2 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl, or 2,2'-bipyridine-4,4'-ditridecyl;
A is X + R 1 R 2 R 3 R 4 ,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
, or
Figure pat00026
, Wherein X is N, or P, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl each other, and R 5, R 6, R 7 independently of each other C 1 -20 alkyl; And m is 1 or 2.
청구항 1에 있어서,
상기 L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 1,
The L 1 is a ruthenium complex, characterized in that 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid.
청구항 1에 있어서,
상기 L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디설폰산인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 1,
The L 1 is a ruthenium complex, characterized in that 2,2'-bipyridyl-4,4'- disulfonic acid.
청구항 1에 있어서,
상기 L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디포스폰산인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 1,
The L 1 is a ruthenium complex, characterized in that 2,2'-bipyridyl-4,4'-diphosphonic acid.
청구항 1에 있어서,
상기 L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 1,
The L 2 is a ruthenium complex, characterized in that 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl.
청구항 2에 있어서,
상기 L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 2,
The L 2 is a ruthenium complex, characterized in that 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl.
청구항 2에 있어서,
상기 A는 N+R1R2R3R4, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 2,
And A is N + R 1 R 2 R 3 R 4, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, ruthenium complexes, it characterized in that the phenyl or benzyl each other.
청구항 2에 있어서,
상기 A는
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
, 또는
Figure pat00031
, 및 R5, R6, R7은 서로 독립적으로 C1 -20 알킬인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 2,
A is
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
, or
Figure pat00031
, And R 5, R 6, R 7 is a ruthenium complex, characterized in that independently C 1 -20 alkyl each other.
청구항 2에 있어서,
상기 m은 1인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 2,
Ruthenium composite, characterized in that m is 1.
청구항 6에 있어서,
상기 A는 N+R1R2R3R4, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method of claim 6,
And A is N + R 1 R 2 R 3 R 4, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, ruthenium complexes, it characterized in that the phenyl or benzyl each other.
청구항 6에 있어서,
상기 A는
Figure pat00032
,
Figure pat00033
,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
, 또는
Figure pat00036
, 및 R5, R6, R7은 서로 독립적으로 C1 -20 알킬인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method of claim 6,
A is
Figure pat00032
,
Figure pat00033
,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
, or
Figure pat00036
, And R 5, R 6, R 7 is a ruthenium complex, characterized in that independently C 1 -20 alkyl each other.
청구항 6에 있어서,
상기 m은 1인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method of claim 6,
Ruthenium composite, characterized in that m is 1.
청구항 11에 있어서,
상기 m은 1인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method of claim 11,
Ruthenium composite, characterized in that m is 1.
청구항 1에 있어서,
상기 루테늄 복합체는 염료감응 태양전지용 염료 화합물인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 1,
The ruthenium composite is a ruthenium composite, characterized in that the dye compound for dye-sensitized solar cells.
하기 화학식 1a, 1b, 1c, 또는 1d로 표시되는 루테늄 복합체.
[화학식 1a]
Figure pat00037

[화학식 1b]
Figure pat00038

[화학식 1c]
Figure pat00039

[화학식 1d]
Figure pat00040
A ruthenium complex represented by the following Formula 1a, 1b, 1c, or 1d.
[Formula 1a]
Figure pat00037

[Chemical Formula 1b]
Figure pat00038

[Chemical Formula 1c]
Figure pat00039

[Formula 1d]
Figure pat00040
청구항 15에 있어서,
상기 루테늄 복합체는 염료감응 태양전지용 염료 화합물인 것을 특징으로 하는 루테늄 복합체.
The method according to claim 15,
The ruthenium composite is a ruthenium composite, characterized in that the dye compound for dye-sensitized solar cells.
(a) 하기 화학식 1로 표시되는 루테늄 복합체를 포함하는 포토애노드;
[화학식 1]
Figure pat00041

여기서,
L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산, 2,2'-바이피리딜-4,4'-디설폰산, 또는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디포스폰산이고;
L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐, 또는 2,2'-바이피리딘-4,4'-디트리데실이며;
A는 X+R1R2R3R4,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
, 또는
Figure pat00046
이고, 여기서 X는 N, 또는 P, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질, 및 R5, R6, R7은 서로 독립적으로 C1 -20 알킬; 및 m은 1, 또는 2;
(b) 캐소드; 및
(c) 상기 포토애노드 및 캐소드 사이에 위치된 전해질 층을 포함하는 염료감응 태양전지.
(a) a photoanode comprising a ruthenium complex represented by Formula 1 below;
[Formula 1]
Figure pat00041

here,
L 1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridyl-4,4'-disulfonic acid, or 2,2'-bipyridyl-4 , 4'-diphosphonic acid;
L 2 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl, or 2,2'-bipyridine-4,4'-ditridecyl;
A is X + R 1 R 2 R 3 R 4 ,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
, or
Figure pat00046
, Wherein X is N, or P, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl each other, and R 5, R 6, R 7 independently of each other C 1 -20 alkyl; And m is 1, or 2;
(b) a cathode; And
(c) a dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte layer located between the photoanode and the cathode.
(A) 하기 화학식 1로 표시되는 루테늄 복합체 0.01?1wt%;
[화학식 1]
Figure pat00047

여기서,
L1은 2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산, 2,2'-바이피리딜-4,4'-디설폰산, 또는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디포스폰산이고;
L2는 2,2'-바이피리딜-4,4'-디노닐, 또는 2,2'-바이피리딘-4,4'-디트리데실이며;
A는 X+R1R2R3R4,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
,
Figure pat00051
, 또는
Figure pat00052
이고, 여기서 X는 N, 또는 P, R1, R2, R3, 및 R4는 서로 독립적으로 C1 -20 알킬, 페닐, 또는 벤질, 및 R5, R6, R7은 서로 독립적으로 C1 -20 알킬; 및 m은 1, 또는 2; 및
(B) 유기 용매 99.99?99 wt%를 포함하고, 상기 유기 용매는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸 포마이드, 및 N-메틸-2-피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택된 염료 용액.
(A) 0.01-1 wt% of the ruthenium complex represented by the following Formula 1;
[Formula 1]
Figure pat00047

here,
L 1 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridyl-4,4'-disulfonic acid, or 2,2'-bipyridyl-4 , 4'-diphosphonic acid;
L 2 is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dinonyl, or 2,2'-bipyridine-4,4'-ditridecyl;
A is X + R 1 R 2 R 3 R 4 ,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
,
Figure pat00051
, or
Figure pat00052
, Wherein X is N, or P, R 1, R 2, R 3, and R 4 are independently C 1 -20 alkyl, phenyl, or benzyl each other, and R 5, R 6, R 7 independently of each other C 1 -20 alkyl; And m is 1, or 2; And
(B) 99.99-99 wt% of an organic solvent, wherein the organic solvent is a dye solution selected from the group consisting of acetonitrile, methanol, ethanol, propanol, butanol, dimethyl pomide, and N-methyl-2-pyrrolidone .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114974905A (en) * 2022-05-11 2022-08-30 兰州大学 Preparation method of bipyridine ruthenium dye co-sensitized solar cell photo-anode
CN114974905B (en) * 2022-05-11 2023-08-15 兰州大学 Preparation method of bipyridine ruthenium dye co-sensitized solar cell photo-anode

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