KR20130020184A - 염료 감응 태양 전지 및 전해질의 제조 방법 - Google Patents

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정미희
강만구
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한국전자통신연구원
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Abstract

염료 감응 태양 전지 및 전해질의 제조 방법을 제공한다. 염료 감응 태양 전지는 제1 전극, 제1 전극과 마주하며 이격된 제2 전극, 제1 및 제2 전극들 사이에 충전된 전해질을 포함한다. 전해질은, 카보네이트 10㎖에 용해된 그래핀 60 내지 100㎎를 포함하는 용매, 알킬 이미다졸계 요오드 0.2 내지 0.6M 및 요오드 0.01 내지 0.03M를 포함하는 산화 환원제를 포함한다.

Description

염료 감응 태양 전지 및 전해질의 제조 방법{Dye-sensitized solar cell and Method of manufacturing electrolyte}
본 발명은 태양 전지 및 전해질의 제조 방법에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 염료 감응 태양 전지 및 상기 염료 감응 태양 전지 내 전해질의 제조 방법에 관련된 것이다.
염료 감응 태양 전지에서는 용액 전해질의 누설, 전해질로 인한 염료의 탈착, 저온에서의 전해질의 침전 및 전극의 부식문제가 발생하여 새로운 대체 전해질 개발이 시급히 요구된다. p-n 접합 태양전지와 달리 염료 감응 태양 전지의 구성은 염료로부터 여기된 전자가 다공성 산화물 박막으로 전달되고, 산화된 염료는 정공 전달 물질로부터 전자가 전달되어 환원된다.
현재까지 산화-환원 반응제로 사용되어온 I-/I3 -를 사용했을 때 11%까지 효율이 있다. 그러나 I-/I3 -와 염료의 산화 환원 전위차는 각각 0.4 V(통상적인 수소 결합(normal hydrogenbond; NHE)과 비교할 때, 1.0 V (NHE 대비)로서 염료를 환원시키는데 0.6 eV가 필요하다. 이는 소자구동에 있어서 에너지 손실에 해당하는 것으로 I-/I3 -을 대체할 만한 산화환원제의 개발이 시급히 필요한 실정이다.
따라서 염료 감응 태양 전지의 전해질 고체화에 대한 많은 연구가 이루어졌는데 p형 무기반도체, 정공 전달물질, 고분자를 이용한 겔 전해질 등이 이용되었으나 나노 포러스(nanoporous) TiO2전극에 대한 침투가 떨어져 효율은 낮은 상태에 있다. 또한, 고분자 전해질인 경우 낮은 전도도에 기인해서 케리어의 확산거리가 제한적인 문제점이 있다. 또한, 나노 입자를 포함한 전해질인 경우 부분적인 누설문제가 해결이 되더라도, 휘발성이 높은 용매(예: 4-tert-butylpyridine, iodine)등을 포함하고 있어서 아직도 해결해야 할 많은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 에너지 손실을 완화하고 안정성이 우수한 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 이루고자 하는 일 기술적 과제는 상기 전해질을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 염료 감응 태양 전지를 제공한다. 상기 염료 감응 태양 전지는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하며 이격된 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 충전된 전해질을 포함하되, 상기 전해질은, 카보네이트에 용해된 그래핀을 포함하는 용매 및 알킬 이미다졸계 요오드 및 요오드를 포함하는 산화 환원제를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카보네이트는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 카보네이트는 1:1의 프로필렌 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 일 면에 배치되고 제1 광 투과 전도성 박막 및 상기 제1 광 투과 전도성 박막의 일 면에 배치되고, 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 전극은, 제2 기판, 상기 제2 기판의 일 면에 배치되고 제2 광 투과 전도성 박막 및 상기 제2 광 투과 전도성 박막의 일 면에 배치되는 도전막을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 다른 실시예는 전해질의 제조 방법을 제공한다. 상기 전해질의 제조 방법은, 그래핀 산화물로부터 그래핀을 환원하는 단계, 상기 그래핀을 카보네이트 용매에 용해시키는 단계 및 상기 그래핀이 용해된 카보네이트 용매에 알킬 이미다졸계 요오드를 포함하는 산화 환원제를 첨가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀 산화물로 상기 그래핀을 환원하는 단계는, 물 및 알킬 이미다졸계 요오드가 혼합된 용매에 상기 그래핀 산화물을 용해시키는 단계 및 상기 그래핀 산화물이 용해된 용액을 원심 분리하여 상기 환원된 그래핀을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 물 및 상기 알킬 이미다졸계 요오드가 혼합된 용매에 상기 그래핀 산화물을 용해시키는 단계는, 상기 그래핀 산화물을 물 및 알킬 이미다졸계 요오드를 포함하는 용매에 용해시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 산화 환원제는 요오드(I2)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 산화 환원제는, 상기 알킬 이미다졸계 요오드 및 요오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들에 따르면, 알킬 이미다졸계 요오드를 이용하여 그래핀 산화물을 환원시켜, 전해질의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 프로필렌 카보네이트 및/또는 에틸렌 카보네이트에 그래핀이 용해된 상태의 전해질을 포함하는 상기 염료 감응 태양전지는, 전해질의 누설, 전해질로 인한 염료의 탈착 및 전극의 부식문제 등을 해결할 수 있다. 또한, 프로필렌 카보네이트 및/또는 에틸렌 카보네이트은 고분자 용매로써, 고온에서도 사용 가능한 안정성이 높은 전해질을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양 전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양 전지의 전해질을 제조하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 그래핀 산화물이 환원되는 반응을 살펴보기 위한 분자 구조식이다.
도 4는 본 발명의 전해질의 화학적 반응을 살펴보기 위한 분자 구조식이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 전해질 및 비교예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 전해질 및 비교예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 양자 효율을 나타내는 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
(염료 감응 태양 전지)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양 전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 염료 감응 태양 전지는 제1 전극(100)과, 제1 전극(100)과 이격되어 마주하는 제2 전극(200)과, 제1 및 제2 전극들(100, 200) 사이를 충진하는 전해질(300)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(100)은 상기 태양 전지의 캐소드(cathode)로 기능할 수 있다.
상기 제1 전극(100)은, 제1 기판(102), 제1 투명 전도성 박막(104) 및 염료가 흡착된 금속 산화물층(106)을 포함할 수 있다.
상기 제1 기판(102)은 광 투과성의 유기 기판 또는 광 투과성 유연성 고분자 기판일 수 있다. 상기 제1 투명 전도성 박막(104)은 상기 제1 기판(102)의 일 면에 접착될 수 있다. 상기 제1 투명 전도성 박막(104)으로는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막, FTO(F-doped SnO2) 박막 또는 ITO 박막 위에 ATO(Antimony Tin Oxide)나 FTO가 코팅된 박막이 사용될 수 있다.
상기 염료가 흡착된 금속 산화물층(106)은 상기 제1 기판(102)의 일 면에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 기판(102)의 일 면은 상기 제2 전극(200)과 마주하는 면일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물의 예로는, 티타늄 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물을 포함할 수 있다.
상기 염료(도시되지 않음)는 상기 금속 산화물층(106)에 흡착될 수 있다. 상기 염료는 루테늄(Ru) 복합체를 포함하는 가시광을 흡수할 수 있는 루테늄 착물을 포함할 수 있다. 또한 염료 분자는, 로다민 B(rhodamine B), 로즈 벤갈(rose bengal), 에오신(eosin), 에리스로신(erythrocin) 등의 크산틴계(xanthine-based) 염료, 퀴노시아닌(quinocyanin), 크립토시아닌(cryptocyanin) 등의 시아닌계(cyanin-based) 염료, 페노사프라닌(phenosafranine), 카프리 블루(capri-blue), 티로신(tyrosine), 메틸렌 블루(methylene blue) 등의 염기성 염료, 클로로필(chlorophyll), 아연 포르피린(Zn porphyrin), 마그네슘 포르피린(Mg porphyrin) 등의 포르피린계(porphyrin-based) 화합물, 기타 아조계(azo-based) 염료, 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, 안트라퀴논계(anthraquinone-based) 염료 또는 다환 퀴논계(quinone-based) 염료 등을 단독 또는 2종 이상 혼합된 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 제1 전극(100)은 차단층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 차단층은 상기 제1 투명 전도성 박막(104) 및 상기 금속 산화물층(106) 사이에 배치될 수 있다. 상기 차단층은 상기 제1 투명 전도성 박막(104)이 부착된 제1 기판(102) 및 상기 금속 산화물층(106)의 접촉성을 향상시킬 뿐 아니라, 상기 금속 산화물층(106)에서 제1 기판(102)으로의 전자 전달을 원활히 하고, 상기 제1 기판(102)에서의 전자 유출을 제어하여 에너지 변환 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 제2 전극(200)은 상기 태양 전지의 애노드(anode)로 기능할 수 있다.
상기 제2 전극(200)은, 제2 기판(202), 제2 투명 전도성 박막(204) 및 도전막(206)을 포함할 수 있다.
상기 제2 기판(202)은 광 투과성의 유기 기판 또는 광 투과성 유연성 고분자 기판일 수 있다. 상기 제2 투명 전도성 박막(204)은 상기 제2 기판(202)의 일 면에 배치될 수 있다. 상기 제2 투명 전도성 박막(204)으로는 ITO 박막, FTO 박막 또는 ITO 박막 위에 ATO나 FTO가 코팅된 박막이 사용될 수 있다.
상기 도전막(206)은 상기 제2 투명 전도성 박막(204)의 일 면에 배치될 수 있다. 상기 도전막(206)은 백금, 탄소 입자, 전도성 고분자 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 전해질(300)은 상기 제1 및 제2 전극들(100, 200) 사이에 충진될 수 있다. 상기 전해질(300)은 산화 환원제 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 산화 환원제는 알킬 이미다졸계 요오드 약 0.6M 내지 약 0.2M 및 요오드 약 0.03M 내지 약 0.01M를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)를 포함할 수 있다.
상기 용매는 카보네이트 10㎖에 용해된 그래핀 60 내지 100㎎를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카보네이트는 프로필렌 카보네이트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 카보네이트는 프로필렌 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트를 1:1의 비로 포함할 수 있다.
이하에서는, 상기 염료 감응 태양 전지의 작동 방법을 하기에서 간략하게 설명하기로 한다.
태양 빛에 의해 들뜬 염료가 전자를 금속 산화물층(106)의 전도대에 주입할 수 있다. 그 주입된 전자들은 금속 산화물을 통과하여 전도성 기재에 도달하고 외부 회로로 전달되게 된다. 외부 회로에 전기적 일을 하고 돌아온 전자는 제1 전극(100)을 통하여 전해질(300)의 전자 전달 역할에 의하여 전자를 금속 산화층에 주입하여 전자가 부족한 염료를 환원시켜 염료 감응형 태양 전지의 작동은 완성될 수 있다.
(전해질의 제조 방법)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양 전지의 전해질을 제조하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 그래핀 산화물(graphene oxide)로부터 그래핀을 환원한다. (단계 S1000)
상기 그래핀 산화물은 물에 분산된(dispersion) 상태로 보관될 수 있다.
상기 그래핀 산화물로부터 상기 그래핀을 환원하는 것을 더욱 상세하게 설명하면, 우선, 상기 그래핀 산화물 약 50㎎ 내지 약 70㎎을 물 약 15㎖ 내지 약 25㎖ 및 알킬 이미다졸계 요오드 약 700㎕ 내지 900㎕에, 약 80℃ 내지 약 90℃에서 약 4시간 내지 5시간 용해시킬 수 있다. (단계 S 1100) 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)를 포함할 수 있다. 상기 그래핀 산화물이 용해된 용액을 원심 분리하여 상기 환원된 그래핀을 획득할 수 있다. (단계 S 1200)
이어서, 상기 환원된 그래핀 약 60㎎ 내지 약 100㎎을 카보네이트 용매 약 10㎖에 용해시킬 수 있다. (단계 S 2000) 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카보네이트 용매는 프로필렌 카보네이트 용매일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 카보네이트 용매는 프로필렌 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트의 혼합물이며, 그 혼합비가 약 1:1일 수 있다.
상기 그래핀이 용해된 카보네이트 용매에 산화 환원제를 첨가하여 상기 전해질을 완성할 수 있다. (단계 S 3000) 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 환원제는 약 0.2M 내지 약 0.6M의 알킬 이미다졸계 요오드 및 약 0.01M 내지 약 0.03M의 요오드를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)일 수 있다.
이하에서는 전해질을 제조하는 동안 발생하는 화학적 반응을 분자 구조식을 통해 살펴보기도 한다.
도 3은 그래핀 산화물이 환원되는 반응을 살펴보기 위한 분자 구조식이다.
도 3을 참조하면, 그래핀 산화물은 에폭시기(epoxy group)를 갖는다. 상기 그래핀 산화물에 질소 양이온을 갖는 물질을 첨가하며, 상기 질소 양이온이 상기 그래핀 산화물의 에폭시기의 산소 음이온과 반응한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 질소 양이온을 갖는 물질은 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide일 수 있다. 이러한 반응으로, 상기 그래핀 산화물은 산소를 잃어 환원되고, 상기 질소 양이온을 갖는 물질은 산소를 획득하여 산화된다. 상기 환원된 그래핀은 이중 결합을 갖게 된다.
도 4는 본 발명의 전해질의 화학적 반응을 살펴보기 위한 분자 구조식이다.
도 4를 참조하면, 그래핀 산화물에, 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide과 프로필렌 카보네이트 및 요오드 분자를 약 100℃에서 반응시킨다. 반응하는 동안 상기 그래핀 산화물은 환원되고, 상기 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide은 산화될 수 있다. 상기 산화된 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide은 환원된 그래핀에 작용기로 붙게 된다. 한편, 그래핀 산화물에서 그래핀으로 환원되면서 색변화를 관찰할 수 있다. 상기 그래핀 산화물은 황갈색이며, 환원된 그래핀은 검은색을 갖는다.
또한, 산화 환원제로 기능하는 요오드 분자는 상기 작용기로 붙어 있는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide의 주변에 수용될 수 있다. 따라서, 전해질의 전도도를 증가시킬 수 있으며, 전자 전달 향상을 가져와 염료 감응 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 프로필렌 카보네이트 및/또는 에틸렌 카보네이트에 그래핀이 용해된 상태의 전해질을 포함하는 상기 염료 감응 태양전지는, 전해질의 누설, 전해질로 인한 염료의 탈착 및 전극의 부식문제 등을 해결할 수 있다. 또한, 프로필렌 카보네이트 및/또는 에틸렌 카보네이트은 고분자 용매로써, 고온에서도 사용 가능한 안정성이 높은 전해질을 제공할 수 있다.
(염료 감응 태양 전지의 전해질 제조)
실시예
그래핀, 프로필렌 카보네이트, 알킬 이미다졸계 요오드 및 요오드를 포함하는 염료 감응 태양 전지의 전해질을 제조하였다.
1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide 약 0.12g를 프로필렌 카보네이트 약 2㎖에 용해시키고, 물에 분산된 상태로 보관된 그래핀 산화물 약 0.5㎖ 첨가한 후, 약 100℃에서 약 24시간 동안 환류(reflux)시켰다. 상기 용액을 약 3000rpm에서 약 20분 동안 원심 분리한 후 환원된 그래핀을 분리해내었다. 상기 그래핀을 프로필렌 카보네이트 약 10㎖에 용해시키고, 약 0.6M 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium iodide 및 약 0.03M I2를 첨가하여 전해질을 제조하였다.
비교예
그래핀을 첨가하지 않고, 합성예의 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 프로필렌 카보네이트, 알킬 이미다졸계 요오드 및 요오드를 포함하는 염료 감응 태양 전지의 전해질을 제조하였다.
(제조된 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 전류-전압 특성 평가)
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 전류-전압 특성을 확인하였다.
도 5는 본 발명의 실시예의 전해질 및 비교예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
실시예의 전해질은 그래핀을 포함하며 비교예의 전해질은 그래핀을 포함하지 않았다. 도 5를 참조하면, 실시예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지가 비교예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지보다 전류-전압 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
(제조된 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 양자 효율 평가)
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 양자 효율을 확인하였다.
도 6은 본 발명의 실시예의 전해질 및 비교예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지의 양자 효율을 나타내는 그래프이다. 상기 양자 효율은 내부 양자 효율 및 외부 양자 효율을 구분하여 확인하였다.
도 6을 참조하면, 실시예의 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지가 비교예의 전해질 포함하는 염료 감응 태양 전지보다 그 외부 및 내부 양자 효율이 우수하다는 것을 알 수 있다. 이는 전자-정공 결합에서 빛이 방출될 때까지의 효율이 그래핀을 갖는 전해질이 더 우수하다는 것이다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 전극 200: 제2 전극
300: 전해질

Claims (12)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하며 이격된 제2 전극; 및
    상기 제1 및 제2 전극들 사이에 충전된 전해질을 포함하되,
    상기 전해질은,
    카보네이트에 용해된 그래핀을 포함하는 용매; 및
    알킬 이미다졸계 요오드 및 요오드를 포함하는 산화 환원제를 포함하는 염료 감응 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카보네이트는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 포함하는 염료 감응 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카보네이트는 1:1의 프로필렌 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate)를 포함하는 염료 감응 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)를 포함하는 염료 감응 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은,
    제1 기판;
    상기 제1 기판의 일 면에 배치되고 제1 투명 전도성 박막; 및
    상기 제1 투명 전도성 박막의 일 면에 배치되고, 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 염료 감응 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    제2 기판;
    상기 제2 기판의 일 면에 배치되고 제2 투명 전도성 박막; 및
    상기 제2 투명 전도성 박막의 일 면에 배치되는 도전막을 포함하는 염료 감응 태양 전지.
  7. 그래핀 산화물로부터 그래핀을 환원하는 단계;
    상기 그래핀을 카보네이트 용매에 용해시키는 단계; 및
    상기 그래핀이 용해된 카보네이트 용매에 알킬 이미다졸계 요오드를 포함하는 산화 환원제를 첨가하는 단계를 포함하는 전해질 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물로 상기 그래핀을 환원하는 단계는,
    물 및 알킬 이미다졸계 요오드가 혼합된 용매에 상기 그래핀 산화물을 용해시키는 단계; 및
    상기 그래핀 산화물이 용해된 용액을 원심 분리하여 상기 환원된 그래핀을 획득하는 단계를 포함하는 전해질 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 알킬 이미다졸계 요오드는 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium iodide(BDI)를 포함하는 전해질 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 물 및 상기 알킬 이미다졸계 요오드가 혼합된 용매에 상기 그래핀 산화물을 용해시키는 단계는,
    상기 그래핀 산화물을 물 및 알킬 이미다졸계 요오드를 포함하는 용매에 용해시키는 전해질 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 산화 환원제는 요오드(I2)를 더 포함하는 전해질 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산화 환원제는, 상기 알킬 이미다졸계 요오드 및 요오드를 포함하는 전해질 제조 방법.
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