KR20130030897A - Dye-sensitized solar cell including scattering layer containing colloid crystal, and preparing method of the same - Google Patents

Dye-sensitized solar cell including scattering layer containing colloid crystal, and preparing method of the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A dye-sensitized solar cell including a scattering layer containing colloid crystal, and a method for preparing the same are provided to easily form the scattering layer. CONSTITUTION: A photoelectrode(200) is formed on a conductive transparent substrate(100). A scattering layer(400) is formed on the photoelectrode and includes colloidal crystal(300). A counter electrode(500) faces the scattering layer. An electrolyte-containing layer(600) is positioned between the scattering layer and the counter electrode.

Description

콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL INCLUDING SCATTERING LAYER CONTAINING COLLOID CRYSTAL, AND PREPARING METHOD OF THE SAME}Dye-sensitized solar cell comprising a scattering layer containing a colloidal crystal, and a method for manufacturing the same {DYE-SENSITIZED SOLAR CELL INCLUDING SCATTERING LAYER CONTAINING COLLOID CRYSTAL

본원은, 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 상기 염료감응 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
The present application relates to a dye-sensitized solar cell including a scattering layer containing a colloidal crystal, and a method for producing the dye-sensitized solar cell.

일반적으로 태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자이다. 태양전지는 무한한 에너지원인 태양광을 이용해 전기를 생산하는 도구로서, 이미 우리 생활에 널리 이용되고 있는 실리콘 태양전지가 대표적이며, 최근 차세대 태양전지로서 염료감응 태양전지가 연구되고 있다.In general, a solar cell is a device that converts the light energy of the sun into electrical energy. The solar cell is a tool for producing electricity by using solar energy, which is an infinite energy source, and silicon solar cells, which are already widely used in our lives, are typical. In recent years, dye-sensitized solar cells are being researched as next generation solar cells.

염료감응 태양전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 대표적이다 (미국등록특허 제 5,350,644 호 참조). 구조적인 측면에서, 염료감응 태양전지의 2개의 전극 중 하나의 전극은 감광성 염료가 흡착되어 있는 반도체 산화물 층이 형성된 전도성 투명 기재를 포함하는 광전극이며, 두 전극 사이의 공간에는 전해질이 채워져 있다.Dye-sensitized solar cells are typical of those published by Gratzel et al. (See US Patent No. 5,350,644). In terms of structure, one of the two electrodes of the dye-sensitized solar cell is a photoelectrode comprising a conductive transparent substrate having a semiconductor oxide layer on which a photosensitive dye is adsorbed, and a space between the two electrodes is filled with an electrolyte.

염료감응 태양전지의 작동 원리를 살펴보면, 태양에너지가 전극의 반도체 산화물 층에 흡착된 감광성 염료에 의해 흡수됨으로써 광전자가 발생하며, 상기 광전자는 반도체 산화물 층을 통해 전도되어 투명 전극이 형성된 전도성 투명 기재에 전달되고, 전자를 잃어 산화된 염료는 전해질에 포함된 산화·환원 쌍에 의해 환원된다. 한편, 외부 전선을 통하여 반대편 전극인 상대전극에 도달한 전자는 산화된 전해질의 산화·환원 쌍을 다시 환원시킴으로써 태양전지의 작동 과정을 완성한다.Referring to the working principle of the dye-sensitized solar cell, photovoltaic energy is generated by the absorption of solar energy by the photosensitive dye adsorbed to the semiconductor oxide layer of the electrode, and the photoelectrons are conducted through the semiconductor oxide layer to form a conductive transparent substrate having a transparent electrode. The dye, which is transferred and loses electrons, is oxidized by the redox pair contained in the electrolyte. On the other hand, the electrons that reach the counter electrode, the opposite electrode through an external wire, complete the operation of the solar cell by reducing the oxidation / reduction pair of the oxidized electrolyte again.

염료감응 태양전지에 있어서, 산란층은 필수적으로 포함되어야 하는 것은 아니다. 그러나, 산란층을 포함하여 염료감응 태양전지를 제조하는 경우, 상기 산란층은 광전극을 통과한 빛을 반사하여 광전극의 광원으로 사용될 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 태양전지의 광-전기 변환효율을 높일 수 있다.In dye-sensitized solar cells, the scattering layer does not necessarily have to be included. However, when manufacturing a dye-sensitized solar cell including a scattering layer, the scattering layer reflects the light passing through the photoelectrode to be used as a light source of the photoelectrode, thereby ultimately improving the photo-electric conversion efficiency of the solar cell. It can increase.

종래에는 염료감응 태양전지의 산란층을 형성하기 위하여 TiO2 입자를 페이스트 형태로 만든 뒤 광전극 위에 도포하고 소결하는 방식을 이용하였다 (대한민국 등록특허 제 10-1038987 호 참조). 그러나 이와 같은 방식을 이용할 경우, 상기 산란층을 형성하는데 장시간이 소요되며, 산란층 내에 TiO2 입자가 불규칙하게 쌓여 있기 때문에 광전극에 빛이 입사되는 방향에 따라 반사되는 빛의 파장이 달라진다는 문제점이 있었다.
Conventionally, in order to form a scattering layer of a dye-sensitized solar cell, TiO 2 particles were used in a paste form, and then applied on a photoelectrode and sintered (see Korean Patent No. 10-1038987). However, when using such a method, it takes a long time to form the scattering layer, since the TiO 2 particles are irregularly stacked in the scattering layer, the wavelength of the reflected light varies depending on the direction of light incident on the photoelectrode. There was this.

본 발명자들은, 콜로이드 결정을 이용하여 산란층을 형성하는 방법을 염료감응 태양전지의 제조에 적용함으로써, 염료감응 태양전지의 제조 시간을 감축시킬 수 있는 한편 광-전기 변환효율은 향상시킬 수 있음을 발견하여 본원을 완성하였다.The inventors have found that by applying a method of forming a scattering layer using colloidal crystals in the production of a dye-sensitized solar cell, the manufacturing time of the dye-sensitized solar cell can be reduced while the photo-electric conversion efficiency can be improved. The discovery completed the present application.

이에, 본원은, 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 상기 염료감응 태양전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present application is to provide a dye-sensitized solar cell including a scattering layer containing a colloidal crystal, and a method of manufacturing the dye-sensitized solar cell.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다:A first aspect of the present disclosure provides a dye-sensitized solar cell comprising:

전도성 투명 기재 상에 형성되며 염료가 흡착되어 있는 광전극;A photoelectrode formed on the conductive transparent substrate and having dye adsorbed thereon;

상기 광전극 상에 형성되며 콜로이드 결정을 함유하는 산란층;A scattering layer formed on the photoelectrode and containing colloidal crystals;

상기 산란층과 대향되는 상대전극; 및,A counter electrode facing the scattering layer; And

상기 산란층과 상기 상대전극 사이에 위치하는 전해질-함유 층.An electrolyte-containing layer positioned between the scattering layer and the counter electrode.

본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조 방법을 제공한다:A second aspect of the present application provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising:

전도성 투명 기재 상에 염료가 흡착된 광전극을 형성하는 단계; Forming a photoelectrode on which the dye is adsorbed on the conductive transparent substrate;

상기 광전극 상에 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하는 단계;Forming a scattering layer containing a colloidal crystal on the photoelectrode;

상기 산란층과 대향되도록 상대전극을 배치하는 단계; 및, Arranging a counter electrode to face the scattering layer; And

상기 산란층과 상기 상대전극 사이에 전해질-함유 층을 형성하는 단계.
Forming an electrolyte-containing layer between the scattering layer and the counter electrode.

본원에 의하여, 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 콜로이드 결정을 이용하여 염료감응 태양전지의 산란층을 형성함으로써, 상기 산란층을 용이하고 경제적인 공정에 의하여 단시간에 제조할 수 있다.According to the present application, by forming a scattering layer of a dye-sensitized solar cell using a colloidal crystal formed by self-assembly of the colloidal particles, the scattering layer can be produced in a short time by an easy and economical process. have.

본원에 의하여, 상기 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조할 경우, 상기 콜로이드 결정을 제조할 때 이용되는 콜로이드 입자의 크기에 따라 상기 산란층이 반사시키는 빛의 파장을 제어할 수 있다.When the dye-sensitized solar cell including the scattering layer containing the colloidal crystal is manufactured by the present application, the wavelength of the light reflected by the scattering layer is controlled according to the size of the colloidal particles used when preparing the colloidal crystal. can do.

또한, 본원에 따른 상기 콜로이드 결정은 구형일 수 있으며, 이러한 구형 콜로이드 결정을 이용하여 상기 산란층을 형성함으로써 상기 산란층이 반사시키는 빛의 파장을 제어, 산란 효과 등을 더욱 향상시킬 수 있으며, 구체적으로, 상기 구형의 콜로이드 결정은 모든 각도에서 동일한 구조를 가지므로, 상기 산란층이 형성된 영역 전체에 대하여 동일한 파장의 빛에 대하여 반사 효과를 가지는 고효율 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. 일반적인 광자 결정의 경우 보는 각도에 따라 광자 결정의 구조가 달라져 상이한 빛을 반사하게 되지만, 본원에서 산란층 형성을 위해 이용되는 콜로이드 결정의 경우 구형이므로 보는 각도에 따라 광자 결정의 구조가 영향을 받지 않아 특정 파장의 가시광선을 선택적으로 반사시키는 효과가 있다. 즉, 일반적인 광자 결정의 경우 보는 각도에 따라 반사 파장이 의존하게 되지만, 본원의 상기 구형의 콜로이드 결정의 경우에는 보는 각도에 따라 반사 파장이 의존하지 않게 된다.In addition, the colloidal crystal according to the present application may be spherical, by forming the scattering layer using the spherical colloidal crystal can control the wavelength of the light reflected by the scattering layer, further improve the scattering effect, etc. In addition, since the spherical colloidal crystals have the same structure at all angles, a highly efficient dye-sensitized solar cell having a reflection effect with respect to light having the same wavelength with respect to the entire scattering layer is formed. In the case of general photonic crystals, the structure of the photonic crystals is different depending on the viewing angle to reflect different light. However, since the colloidal crystals used for forming the scattering layer are spherical, the structure of the photonic crystals is not affected by the viewing angle. There is an effect of selectively reflecting visible light of a specific wavelength. That is, in the case of a general photon crystal, the reflection wavelength depends on the viewing angle, but in the case of the spherical colloidal crystal of the present application, the reflection wavelength does not depend on the viewing angle.

또한, 본원에 따라 형성된 산란층이 염료감응 태양전지용 광전극에 포함되도록 하는 경우, 상기 산란층은 상기 광전극에 조사된 빛의 양 대비 방출되는 전자의 수를 특정한 파장에서 일정하게 유지되도록 하는 역할을 담당할 수 있기 때문에, 결과적으로 상기 광전극의 전류밀도가 증가되도록 할 수 있다.
In addition, when the scattering layer formed according to the present application is included in the photoelectrode for dye-sensitized solar cell, the scattering layer serves to maintain a constant number of electrons emitted at a specific wavelength compared to the amount of light irradiated to the photoelectrode. Since it is possible to take charge of, it is possible to increase the current density of the photoelectrode as a result.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지의 모식도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 포함되는 산란층을 제조하는 과정에 대한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 포함되는 산란층의 SEM 사진이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알코올에 분산된 실리카 콜로이드 결정에 빛이 반사되는 사진이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알코올에 분산된 실리카 콜로이드 결정의 빛의 파장에 따른 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 실리카 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지(실시예), 및 산란층을 포함하지 않는 염료감응 태양전지(비교예) 각각에 있어서, 빛의 파장에 따른 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 실리카 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지(실시예), 및 산란층을 포함하지 않는 염료감응 태양전지(비교예) 각각에 있어서, 광전류-전압(I-V) 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 폴리스타이렌(polystyrene) 콜로이드 입자를 이용하여 제조된 구형의 고분자 콜로이드 결정의 SEM 사진이다: (a) 상기 구형의 고분자 콜로이드 결정의 SEM 사진 (스케일 바 = 500 ㎛), (b) 상기 구형의 고분자 콜로이드 결정의 SEM 사진 (스케일 바 = 50 ㎛), 및 (c) 상기 구형의 고분자 콜로이드 결정의 표면의 SEM 사진 (스케일 바 = 3 ㎛).
1 is a schematic diagram of a dye-sensitized solar cell including a scattering layer according to an embodiment of the present application.
2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a scattering layer included in a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present disclosure.
3A to 3C are SEM images of the scattering layer included in the dye-sensitized solar cell according to the exemplary embodiment of the present application.
4 is a photograph in which light is reflected on a silica colloidal crystal dispersed in an alcohol in one embodiment of the present application.
5 is a graph showing the transmittance according to the wavelength of light of the silica colloidal crystal dispersed in alcohol in one embodiment of the present application.
FIG. 6 shows a dye-sensitized solar cell (example) including a scattering layer containing silica colloidal crystals and a dye-sensitized solar cell (comparative example) not including a scattering layer in one embodiment of the present application. , Is a graph showing the transmittance according to the wavelength of light.
FIG. 7 illustrates a dye-sensitized solar cell (example) including a scattering layer containing silica colloidal crystals and a dye-sensitized solar cell (comparative example) not including a scattering layer in one embodiment of the present application. , A graph showing the photocurrent-voltage (IV) characteristics.
FIG. 8 is an SEM image of spherical polymer colloidal crystals prepared using polystyrene colloidal particles in one embodiment of the present application: (a) SEM image of the spherical polymer colloidal crystals (scale bar = 500 Μm), (b) SEM picture of the spherical polymer colloidal crystals (scale bar = 50 μm), and (c) SEM picture of the surface of the spherical polymer colloidal crystals (scale bar = 3 μm).

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the makushi form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of constituents described in the expression of the makushi form, wherein the constituents It means to include one or more selected from the group consisting of.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다: A first aspect of the present disclosure provides a dye-sensitized solar cell comprising:

전도성 투명 기재 상에 형성되며 염료가 흡착되어 있는 광전극;A photoelectrode formed on the conductive transparent substrate and having dye adsorbed thereon;

상기 광전극 상에 형성되며 콜로이드 결정을 함유하는 산란층;A scattering layer formed on the photoelectrode and containing colloidal crystals;

상기 산란층과 대향되는 상대전극; 및,A counter electrode facing the scattering layer; And

상기 산란층과 상기 상대전극 사이에 위치하는 전해질-함유 층. An electrolyte-containing layer positioned between the scattering layer and the counter electrode.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은 고분자 콜로이드 결정 또는 무기 콜로이드 결정을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colloidal crystal may include a polymer colloidal crystal or an inorganic colloidal crystal, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 콜로이드 결정은 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 고분자 콜로이드 입자를 포함하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer colloidal crystals are polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) (PBMA ), And polymer colloidal particles including those selected from the group consisting of combinations thereof, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 무기 콜로이드 결정은 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 무기 콜로이드 입자를 포함하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the inorganic colloidal crystals include inorganic colloidal particles including one selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and combinations thereof. It may be formed by, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 고분자 콜로이드 입자; 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 무기 콜로이드 입자; 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to the exemplary embodiment of the present application, the colloidal crystal may be formed by self-assembly of colloidal particles, but is not limited thereto. For example, the colloidal particles may be polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) (PBMA), and their Polymer colloidal particles including those selected from the group consisting of combinations; Inorganic colloidal particles including those selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and combinations thereof; Or combinations thereof, but is not limited thereto.

본원에 있어서 상기 "자기조립(self-assembly)"이라는 용어는, 불규칙하게 배열되어 있던 입자가 건조 등의 단순한 공정을 거친 뒤에 정렬된 배열을 가지게 되는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자는 액적 내에 포함되어 있을 때에는 상기 액적 내에 균일하지 않게 분산되어 있으나, 이를 건조시키면 상기 입자 간의 간격이 없어지면서 촘촘한 면심입방구조로 배열되게 되는데, 이와 같은 현상을 상기 콜로이드 입자의 "자기조립"이 일어난 것으로 설명할 수 있다. As used herein, the term "self-assembly" means that the particles that are irregularly arranged have an ordered arrangement after a simple process such as drying. For example, the colloidal particles are not uniformly dispersed in the droplets when they are contained in the droplets, but when they are dried, the colloidal particles are arranged in a compact face-centered cubic structure with no gaps between the particles. This can be explained by the "self-assembly".

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산란층에 함유된 콜로이드의 입자 크기에 따라 상기 산란층에서 반사되는 빛의 파장이 제어되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the wavelength of light reflected from the scattering layer may be controlled according to the particle size of the colloid contained in the scattering layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은 구형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에 따른 상기 구형의 콜로이드 결정을 이용하여 상기 산란층을 형성함으로써 상기 산란층이 반사시키는 빛의 파장을 제어, 산란 효과 등을 더욱 향상시킬 수 있으며, 구체적으로, 상기 구형의 콜로이드 결정은 모든 각도에서 동일한 구조를 가지므로, 상기 산란층이 형성된 영역 전체에 대하여 동일한 파장의 빛에 대하여 반사 효과를 가지는 고효율 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. 일반적인 광자 결정의 경우 보는 각도에 따라 광자 결정의 구조가 달라져 상이한 빛을 반사하게 되지만, 본원에서 산란층 형성을 위해 이용되는 콜로이드 결정의 경우 구형이므로 보는 각도에 따라 광자 결정의 구조가 영향을 받지 않아 특정 파장의 가시광선을 선택적으로 반사시킨다는 효과가 있다. 즉, 일반적인 광자 결정의 경우 보는 각도에 따라 반사 파장이 의존하게 되지만, 본원의 상기 구형의 콜로이드 결정의 경우에는 보는 각도에 따라 반사 파장이 의존하지 않게 된다.According to one embodiment of the present application, the colloidal crystal may be spherical, but is not limited thereto. By forming the scattering layer using the spherical colloidal crystal according to the present application, it is possible to further control the wavelength of light reflected by the scattering layer, scattering effect, and the like, and specifically, the spherical colloidal crystal has all angles. Since it has the same structure in, it can be produced a highly efficient dye-sensitized solar cell having a reflection effect on the light of the same wavelength for the entire region where the scattering layer is formed. In the case of general photonic crystals, the structure of the photonic crystals is different depending on the viewing angle to reflect different light. However, since the colloidal crystals used for forming the scattering layer are spherical, the structure of the photonic crystals is not affected by the viewing angle. There is an effect of selectively reflecting visible light of a specific wavelength. That is, in the case of a general photon crystal, the reflection wavelength depends on the viewing angle, but in the case of the spherical colloidal crystal of the present application, the reflection wavelength does not depend on the viewing angle.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전극은 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the photoelectrode may include a mesoporous transition metal oxide structure, but is not limited thereto. For example, the mesoporous transition metal oxide structure, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga And, and may include an oxide of the transition metal selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전해질-함유 층은 전해질-함유 전해액, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the electrolyte-containing layer may include one selected from the group consisting of an electrolyte-containing electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and combinations thereof, but is not limited thereto. .

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 염료감응 태양전지는 상기 전도성 투명 기재와 상기 광전극 사이에 형성된 차단층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the dye-sensitized solar cell may further include a blocking layer formed between the conductive transparent substrate and the photoelectrode, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은 상기 콜로이드 입자가 일정하게 배열된 광자 결정의 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the colloidal crystal may have a form of photonic crystals in which the colloidal particles are constantly arranged, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산란층은 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the scattering layer may be to selectively reflect light of a specific wavelength, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산란층은 특정 파장의 빛을 선택적으로 투과시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the present application, the scattering layer may be to selectively transmit light of a specific wavelength, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조 방법을 제공한다:A second aspect of the present application provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising:

전도성 투명 기재 상에 염료가 흡착된 광전극을 형성하는 단계; Forming a photoelectrode on which the dye is adsorbed on the conductive transparent substrate;

상기 광전극 상에 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하는 단계;Forming a scattering layer containing a colloidal crystal on the photoelectrode;

상기 산란층과 대향되도록 상대전극을 배치하는 단계; 및, Arranging a counter electrode to face the scattering layer; And

상기 산란층과 상기 상대전극 사이에 전해질-함유 층을 형성하는 단계.Forming an electrolyte-containing layer between the scattering layer and the counter electrode.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 염료감응 태양전지의 제조 방법은 상기 전도성 투명 기재와 상기 광전극 사이에 차단층을 형성하는 것을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell may further include forming a blocking layer between the conductive transparent substrate and the photoelectrode, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전극은 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the photoelectrode may include a mesoporous transition metal oxide structure, but is not limited thereto. For example, the mesoporous transition metal oxide structure, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga And, and may include an oxide of the transition metal selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 투명 기재 상에 광전극은 상기한 바와 같은 전이금속 산화물의 나노입자를 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전이금속 산화물의 나노입자를 적절한 용매에 분산시키고 필요한 경우 분산제를 첨가하여 상기 나노입자를 함유하는 분산액을 상기 전도성 투명 기재 상에 도포하여 건조시켜 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 상기 광전극을 제조할 수 있다. 또는, 나노입자 형태가 아닌 상기 전이금속 산화물을 함유하는 분산액을 상기 전도성 투명 기재 상에 도포하여 건조시켜 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 상기 광전극을 제조할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이드 법 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이후, 적절한 염료를 포함하는 용액을 이용하여 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체에 상기 염료를 흡착시켜 염료감응 태양전지용 광전극을 완성할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the photoelectrode on the conductive transparent substrate may be formed using nanoparticles of the transition metal oxide as described above, but is not limited thereto. For example, by dispersing the nanoparticles of the transition metal oxide in a suitable solvent and, if necessary, by adding a dispersant, the dispersion containing the nanoparticles is applied onto the conductive transparent substrate and dried to include a mesoporous transition metal oxide structure. The photoelectrode may be manufactured. Alternatively, the photoelectrode including a mesoporous transition metal oxide structure may be prepared by coating and drying a dispersion containing the transition metal oxide, which is not in the form of nanoparticles, on the conductive transparent substrate, but is not limited thereto. The coating method is not particularly limited, but spin coating, dip coating, doctor blade method, etc. may be used, but is not limited thereto. Thereafter, the dye may be adsorbed onto the mesoporous transition metal oxide structure using a solution containing a suitable dye to complete a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은 고분자 콜로이드 결정 또는 무기 콜로이드 결정을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the colloidal crystal may include a polymer colloidal crystal or an inorganic colloidal crystal, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 콜로이드 결정은 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 고분자 콜로이드 입자를 포함하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer colloidal crystals are polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) (PBMA ), And polymer colloidal particles including those selected from the group consisting of combinations thereof, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 무기 콜로이드 결정은 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 무기 콜로이드 입자를 포함하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the inorganic colloidal crystals include inorganic colloidal particles including one selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and combinations thereof. It may be formed by, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전극 상에 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하는 단계는 하기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:According to one embodiment of the present application, the step of forming a scattering layer containing a colloidal crystal on the photoelectrode may include, but is not limited to:

콜로이드 입자를 물에 분산시켜 콜로이드 수용액을 형성하고;The colloidal particles are dispersed in water to form an aqueous colloidal solution;

상기 콜로이드 수용액에 계면활성제 및 오일을 첨가하여 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하고;Adding a surfactant and an oil to the colloidal aqueous solution to form an aqueous colloidal / oil emulsion;

상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하여 물을 제거하여 형성된 상기 콜로이드 결정을 분리하여 수득하고; 및,Drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion to obtain water by separating the colloidal crystals formed by removing water; And

상기 수득된 콜로이드 결정을 용매에 재분산하여 상기 광전극 상에 도포하여 상기 산란층을 형성함.The obtained colloidal crystals are redispersed in a solvent and coated on the photoelectrode to form the scattering layer.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 입자는 졸-겔법으로 합성되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자로서 사용할 수 있는 실리카 콜로이드 입자와 같은 무기 콜로이드 입자를 사용하는 경우 졸-겔법을 이용하여 상기 무기 무기 콜로이드 입자를 제조할 수 있으며, 이러한 졸-겔법은 특별히 제한되지 않으며 당업계에 공지된 방법들을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 무기 콜로이드 입자로서 실리카 콜로이드 입자를 사용하는 경우, 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS)과 같은 실리카 전구체, 알코올, 및 암모니아를 포함하는 용액을 이용하여 졸-겔법에 의하여 합성되는 것을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the colloidal particle may include one synthesized by a sol-gel method, but is not limited thereto. For example, in the case of using inorganic colloidal particles such as silica colloidal particles that can be used as the colloidal particles, the inorganic inorganic colloidal particles may be manufactured by using a sol-gel method, and the sol-gel method is not particularly limited and sugar Methods known in the art can be used without particular limitation. In one embodiment of the present application, when using the silica colloidal particles as the inorganic colloidal particles, by a sol-gel method using a solution containing a silica precursor, such as tetraethyl orthosilicate (TEOS), alcohol, and ammonia Synthetic may be used, but is not limited thereto.

상기 계면활성제로서, 예를 들어, 하이퍼머 2296(hypermer 2296)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As the surfactant, for example, hypermer 2296 may be used, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 오일은 탄소수 10 이상의 알칸류, 실리콘 오일, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소수 10 이상의 알칸류의 비제한적 예로서, 탄소수 10 내지 20의 알칸류, 또는 탄소수 15 내지 20의 알칸류를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 오일은 펜타데케인(pentadecane), 헥사데케인(hexadecane), 헵타데케인(heptadecane), 또는 옥타데케인(octadecane)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the oil may include one selected from the group consisting of alkanes having 10 or more carbon atoms, silicone oil, and combinations thereof, but is not limited thereto. As a non-limiting example of the alkanes having 10 or more carbon atoms, alkanes having 10 to 20 carbon atoms or alkanes having 15 to 20 carbon atoms may be used, but are not limited thereto. For example, the oil may include, but is not limited to, pentadecane, hexadecane, heptadecane, or octadecane.

상기 실리콘 오일로는, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 폴리(1,1,1-트리플루오로프로필메틸실록산)[Poly(1,1,1-trifluoropropylmethylsiloxane)], 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the silicone oil include polydimethylsiloxane, poly (1,1,1-trifluoropropylmethylsiloxane) [Poly (1,1,1-trifluoropropylmethylsiloxane)], or a combination thereof. Can be used, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은, 상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하는 과정에서 물이 증발되면서 일어나는 고분자 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the colloidal crystal may be formed by self-assembly of polymer colloidal particles generated by evaporation of water in the process of drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion, but is not limited thereto. It doesn't happen.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은 구형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colloidal crystal may be spherical, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정을 분리하여 수득하는 것은, 상기 고분자 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하면 생성되는 상기 고분자 콜로이드 결정을 분리하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, obtaining and separating the colloidal crystal may include, but is not limited to, separating the polymer colloidal crystal produced when the polymer colloidal aqueous solution / oil emulsion is dried.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 수득된 고분자 콜로이드 결정을 용매에 재분산하는 것은, 상기 수득된 고분자 콜로이드 결정을 알코올 용매에 분산시키는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, redispersing the obtained polymer colloidal crystals in a solvent may include, but is not limited to, dispersing the obtained polymer colloidal crystals in an alcohol solvent.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전해질-함유 층은 전해질-함유 전해액, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to the exemplary embodiment of the present application, the electrolyte-containing layer may include one selected from the group consisting of an electrolyte-containing electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and combinations thereof, but is not limited thereto. .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments and embodiments of the present application;

도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지의 모식도이다. 도 1에 나타낸 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지는, 전도성 투명 기재(100) 상에 형성되며 염료가 흡착되어 있는 광전극(200); 상기 광전극(200) 상에 형성되며 콜로이드 결정(300)을 함유하는 산란층(400); 상기 산란층(400)과 대향되는 상대전극(500); 및, 상기 산란층(400)과 상기 상대전극(500) 사이에 위치하는 전해질-함유 층(600)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.1 is a schematic diagram of a dye-sensitized solar cell including a scattering layer according to an embodiment of the present application. Dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present application shown in Figure 1, the photoelectrode 200 is formed on the conductive transparent substrate 100, the dye is adsorbed; A scattering layer 400 formed on the photoelectrode 200 and containing a colloidal crystal 300; A counter electrode 500 facing the scattering layer 400; And an electrolyte-containing layer 600 positioned between the scattering layer 400 and the counter electrode 500, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 투명 기재(100) 상에 형성되는 광전극(200)은 상기한 바와 같은 전이금속 산화물의 나노입자를 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전이금속 산화물의 나노입자를 적절한 용매에 분산시키고 필요한 경우 분산제를 첨가하여 상기 나노입자를 함유하는 분산액을 상기 상기 전도성 투명 기재 상에 도포하여 건조시켜 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 상기 광전극(200)을 제조할 수 있다. 상기 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이드 법 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 후, 적절한 염료를 포함하는 용액을 이용하여 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체에 상기 염료를 흡착시켜 염료감응 태양전지용 광전극(200)을 완성할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the photoelectrode 200 formed on the conductive transparent substrate 100 may be formed using nanoparticles of the transition metal oxide as described above, but is not limited thereto. For example, the nanoparticles of the transition metal oxide may be dispersed in a suitable solvent and, if necessary, a dispersant may be added to the dispersion containing the nanoparticles on the conductive transparent substrate and dried to include a mesoporous transition metal oxide structure. The photoelectrode 200 may be manufactured. The coating method is not particularly limited, but spin coating, dip coating, doctor blade method, etc. may be used, but is not limited thereto. Thereafter, the dye may be adsorbed onto the mesoporous transition metal oxide structure using a solution containing a suitable dye to complete the photoelectrode 200 for dye-sensitized solar cell.

예를 들어, 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 감광성 염료가 포함된 용액에 침지하여 감광성 염료를 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체의 내부 및 외부 표면, 예를 들어, 기공 표면에 흡착시켜 코팅할 수 있다. 상기 감광성 염료는 당업계에 공지된 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 금속의 복합체 형태의 염료를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 중에서, 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있어, 루테늄(Ru)을 포함하는 감광성 염료가 많이 사용된다. 예를 들어, Ru(etc bpy)2(NCS)2·CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기에서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2로서 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체 표면과 같은 다공질 막과 결합이 가능한 반응기이다. 또한, 유기 색소 등을 포함하는 염료가 사용될 수도 있는데, 이러한 유기 색소로는, 예를 들어, 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethane), 쿠마린(coumarin), 포르피린(porphyrin), 크산틴(xanthene) 등이 있다. 이들은 단독으로, 또는 루테늄(Ru) 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광선 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 감광성 염료에 광이 입사되어 흡수되면 광전자가 생성되고, 생성된 광전자는 상기 다공성 전이금속 산화물 구조체를 통로로 하여 전도성 투명 기재로 전달된다.For example, the mesoporous transition metal oxide structure may be immersed in a solution containing a photosensitive dye to coat the photosensitive dye by adsorbing the inner and outer surfaces of the mesoporous transition metal oxide structure, for example, the pore surface. . The photosensitive dye may be used without particular limitation in the art, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir) Or, it may be used a dye in the form of a complex of a metal containing ruthenium (Ru), but is not limited thereto. Among these, ruthenium (Ru) can form many organometallic composites as an element belonging to the platinum group, and photosensitive dyes containing ruthenium (Ru) are often used. For example, many types of Ru (etc bpy) 2 (NCS) 2 CH 3 CN are used. Where etc is (COOEt) 2 or (COOH) 2 which is a reactor capable of bonding with a porous membrane such as the surface of the mesoporous transition metal oxide structure. In addition, dyes including organic dyes and the like may also be used. Examples of such organic dyes include riboflavin, triphenylmethane, coumarin, porphyrin, and xanthene. ). They can be used alone or in combination with a ruthenium (Ru) composite to improve the absorption of long wavelengths of visible light, thereby further improving the photoelectric conversion efficiency. When light is incident on and absorbed by the photosensitive dye, photoelectrons are generated, and the photoelectrons are transferred to the conductive transparent substrate through the porous transition metal oxide structure.

이하, 상기 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 포함되는 광전극(200)의 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the photoelectrode 200 included in the dye-sensitized solar cell according to the embodiment of the present application will be described in more detail.

우선, 전도성 투명 기재(100)를 준비한다. 상기 전도성 투명 기재(100)는 당업계에 공지된 것들을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 투명 기재(100)는 투명 기재 상에 전도성 투명 산화물 또는 금속을 포함하는 전도성 투명 전극을 증착하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 기재로 사용할 수 있는 투명 고분자 기재의 재료로는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 투명 기재 상에 형성되는 상기 전도성 투명 전극은, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속 산화물을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 투명 전극은, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용 면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전도성 투명 기재(100)는, 태양광과 같은 빛이 투과되어 내부로 입사될 수 있도록 하여 계층형 다공성 광전극으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원을 설명하는 명세서에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100%인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.First, the conductive transparent substrate 100 is prepared. The conductive transparent substrate 100 may be used without particular limitation those known in the art. In one embodiment, the conductive transparent substrate 100 may be manufactured by depositing a conductive transparent electrode including a conductive transparent oxide or a metal on the transparent substrate, but is not limited thereto. As the transparent substrate, any material having transparency to enable incidence of external light may be used without particular limitation, and for example, a glass substrate or a transparent polymer substrate may be used. As a transparent polymer base material which can be used as the said transparent base material, For example, polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) , Triacetyl cellulose (TAC), or a copolymer thereof may be used, but is not limited thereto. The conductive transparent electrode formed on the transparent substrate is indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), ZnO- Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and a conductive metal oxide selected from the group consisting of a mixture thereof may be formed. For example, the conductive transparent electrode may include tin oxide (SnO 2 ) having excellent conductivity, transparency, and heat resistance, or indium tin oxide (ITO) which is inexpensive in terms of cost, but is not limited thereto. The conductive transparent substrate 100 is intended to be used as a hierarchical porous photoelectrode by allowing light such as sunlight to pass through and be incident therein. In addition, the meaning of the word "transparent" in the specification explaining this application includes both the case where the light transmittance of a material is high as well as the case where the light transmittance is high.

다음으로, 상기 기재 상에 필요에 따라 차단층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 차단층은 기재 상에 산화물을 일정한 두께로 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 차단층은 기재 상에 당업계에 공지된 물질을 공지된 방법으로 코팅하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단층은 증착, 전기 분해, 또는 습식법에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 차단층의 재료, 및 상기 차단층을 형성하기 위한 열처리 횟수나 조건 등은 본원의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 차단층은, Ti, Cu, Zn, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 차단층은 기재와 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체 사이에 접착력을 강화하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 차단층은, 전도성 투명 기재를 40 mM TiCl4 수용액에 담근 후 70℃ 오븐에 30분간 놓아두는 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Next, a blocking layer (not shown) may be formed on the substrate as necessary. The barrier layer may be formed by coating an oxide on the substrate to a predetermined thickness. The barrier layer can be formed on the substrate by coating materials known in the art by known methods. For example, the barrier layer may be formed by vapor deposition, electrolysis, or a wet process, but is not limited thereto. The material of the barrier layer, the number of heat treatments or conditions for forming the barrier layer, and the like can be variously modified within a range capable of achieving the object of the present application. For example, the blocking layer is Ti, Cu, Zn, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, and their It may include an oxide of the transition metal selected from the group consisting of a combination, but is not limited thereto. This barrier layer serves to enhance adhesion between the substrate and the mesoporous transition metal oxide structure. For example, the barrier layer may be formed by dipping the conductive transparent substrate in an aqueous 40 mM TiCl 4 solution and leaving it in an oven at 70 ° C. for 30 minutes, but is not limited thereto.

다음으로, 상기 전도성 투명 기재(100) 또는 상기 차단층 상에 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 형성한다. 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는, 예를 들어, 수열합성법을 이용하여 제조한 전이금속 산화물 나노입자를 닥터블레이드 방법을 이용하여 상기 기재 또는 상기 차단층 상에 도포한 뒤 소결하는 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전이금속 산화물 나노입자는 이산화티타늄 나노입자일 수 있으며, 이는 에틸 알코올에 이산화티타늄 나노분말 및 트리톤 X-100을 첨가하고 약 3 시간 동안 교반한 용액 A, 및 에틸 알코올에 α-테르피네올과 에틸 셀룰로오스를 첨가하고 약 3 시간 동안 교반한 용액 B를 혼합하여 교반한 뒤 농축기를 이용하여 상기 에틸 알코올을 증발시킴으로써 점성있는 이산화티타늄 페이스트에 포함된 형태로 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Next, a mesoporous transition metal oxide structure is formed on the conductive transparent substrate 100 or the blocking layer. The mesoporous transition metal oxide structure may be formed by, for example, applying a transition metal oxide nanoparticle prepared by hydrothermal synthesis to the substrate or the barrier layer using a doctor blade method and then sintering. However, it is not limited thereto. For example, the transition metal oxide nanoparticles may be titanium dioxide nanoparticles, which is a solution A which is added titanium dioxide nanopowder and triton X-100 to ethyl alcohol and stirred for about 3 hours, and α- to ethyl alcohol. Terpineol and ethyl cellulose may be added and stirred for about 3 hours, and then mixed with the solution B, followed by evaporation of the ethyl alcohol using a concentrator, thereby preparing a form contained in a viscous titanium dioxide paste. It doesn't happen. The mesoporous transition metal oxide structure, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, and these It may be to include an oxide of the transition metal selected from the group consisting of combinations, but is not limited thereto.

다음으로, 형성된 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체 상에 감광성 염료를 흡착시키는 단계를 추가 포함할 수 있다. 이러한 감광성 염료가 흡착된 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는 염료감응 태양전지의 광전극으로서 이용될 수 있다. 본원에 따른 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는 비표면적을 증가시켜 염료의 흡착량을 증가시킴으로써, 염료감응 태양전지용 광전극으로 이용되었을 경우에 태양전지의 에너지 전환효율을 높이는데 기여한다. 예를 들어, 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 감광성 염료가 포함된 용액에 침지하여 감광성 염료를 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체의 내부 및 외부 표면에 흡착시켜 코팅할 수 있다. 상기 감광성 염료는 당업계에 공지된 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 금속의 복합체 형태의 염료를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 중에서, 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있어, 루테늄(Ru)을 포함하는 감광성 염료가 많이 사용된다. 예를 들어, Ru(etc bpy)2(NCS)2·CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기에서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2를 의미한다. 또한, 유기 색소 등을 포함하는 염료가 사용될 수도 있는데, 이러한 유기 색소로는, 예를 들어, 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethane), 쿠마린(coumarin), 포르피린(porphyrin), 크산틴(xanthene) 등이 있다. 이들은 단독으로, 또는 루테늄(Ru) 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광선 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 감광성 염료에 광이 입사되어 흡수되면 광전자가 생성되고, 생성된 광전자는 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 통로로 하여 전도성 투명 기재로 전달된다.Next, the method may further include adsorbing the photosensitive dye on the formed mesoporous transition metal oxide structure. The mesoporous transition metal oxide structure on which the photosensitive dye is adsorbed may be used as a photoelectrode of a dye-sensitized solar cell. The mesoporous transition metal oxide structure according to the present invention increases the specific surface area to increase the adsorption amount of the dye, thereby contributing to enhancing the energy conversion efficiency of the solar cell when used as a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell. For example, the mesoporous transition metal oxide structure may be immersed in a solution containing a photosensitive dye to adsorb and coat the photosensitive dye on the inner and outer surfaces of the mesoporous transition metal oxide structure. The photosensitive dye may be used without particular limitation in the art, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir) Or, it may be used a dye in the form of a complex of a metal containing ruthenium (Ru), but is not limited thereto. Among these, ruthenium (Ru) can form many organometallic composites as an element belonging to the platinum group, and photosensitive dyes containing ruthenium (Ru) are often used. For example, many types of Ru (etc bpy) 2 (NCS) 2 CH 3 CN are used. Where etc means (COOEt) 2 or (COOH) 2 . In addition, dyes including organic dyes and the like may also be used. Examples of such organic dyes include riboflavin, triphenylmethane, coumarin, porphyrin, and xanthene. ). They can be used alone or in combination with a ruthenium (Ru) composite to improve the absorption of long wavelengths of visible light, thereby further improving the photoelectric conversion efficiency. When light is incident on and absorbed by the photosensitive dye, photoelectrons are generated, and the photoelectrons are transferred to the conductive transparent substrate through the mesoporous transition metal oxide structure as a passage.

본원의 일 구현예에 따른 광전극(200)은, 전도성 투명 기재(100) 상에 본원에 따른 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체가 형성된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 본원에 따른 광전극(200)은 상기 전도성 투명 기재(100)와 상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체 사이에 형성된 차단층을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 차단층은 산화물을 포함할 수 있으며, 전도성 투명 기재(100)와 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체 사이의 접착력을 강화하는 역할을 할 수 있다.The photoelectrode 200 according to the exemplary embodiment of the present disclosure may include one in which the mesoporous transition metal oxide structure according to the present disclosure is formed on the conductive transparent substrate 100, but is not limited thereto. The photoelectrode 200 according to the present application may further include a blocking layer formed between the conductive transparent substrate 100 and the mesoporous transition metal oxide structure, but is not limited thereto. The blocking layer may include an oxide, and may serve to enhance adhesion between the conductive transparent substrate 100 and the mesoporous transition metal oxide structure.

본원의 일 구현예에 따른 광전극(200)은, 다수의 기공을 포함하는 외형에 의하여 "메조 다공성 광전극"이라고 표현될 수 있는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 방법으로 제조된 광전극(200)은 염료감응 태양전지에 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The photoelectrode 200 according to the exemplary embodiment of the present disclosure may be expressed as a "meso porous photoelectrode" by an appearance including a plurality of pores, but is not limited thereto. The photoelectrode 200 manufactured by the above method may be used in a dye-sensitized solar cell, but is not limited thereto.

이하, 본원의 염료감응 태양전지에 포함되는 산란층(400)의 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the scattering layer 400 included in the dye-sensitized solar cell of the present application will be described in more detail.

도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 포함되는 산란층(400)을 제조하는 과정에 대한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing the scattering layer 400 included in the dye-sensitized solar cell according to the exemplary embodiment of the present application.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광전극 상에 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하는 단계는, 콜로이드 입자를 물에 분산시켜 콜로이드 수용액을 형성하고(S10); 상기 콜로이드 수용액에 계면활성제 및 오일을 첨가하여 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하고(S20); 상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하여 물을 제거하여 형성된 상기 콜로이드 결정을 분리하여 수득하고(S30); 및, 상기 수득된 콜로이드 결정을 용매에 재분산하여 상기 광전극 상에 도포하여 상기 산란층을 형성하는 것(S40)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the forming of the scattering layer containing the colloidal crystals on the photoelectrode includes dispersing colloidal particles in water to form an aqueous colloidal solution (S10); Adding a surfactant and an oil to the colloidal aqueous solution to form a colloidal aqueous solution / oil emulsion (S20); Drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion to obtain water by separating the colloidal crystals formed by removing water (S30); And redispersing the obtained colloidal crystal in a solvent to form the scattering layer by applying it on the photoelectrode (S40), but is not limited thereto.

고분자 콜로이드 입자를 증류수에 분산시켜 콜로이드 수용액을 제조하는 단계(S10)를 수행하기 위하여, 일단 상기 콜로이드 입자를 합성하는 것부터 수행할 수 있다. 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 입자는 졸-겔법으로 합성되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자는 졸-겔 법으로 합성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 입자로서 사용할 수 있는 실리카 콜로이드 입자는 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS), 알코올, 및 암모니아를 포함하는 용액을 이용하여 합성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실리카 콜로이드 입자를 합성하기 위한 실리카 전구체로는, 상기 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS) 외에도 테트라메톡시실란 (tetramethoxysilane) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실리카 콜로이드 입자는 에탄올과 테트라에틸 오르쏘실리케이트 (TEOS)를 혼합하여 혼합물을 생성한 후에, 증류수와 암모니아 수용액을 상기 혼합물에 첨가하고 수시간 동안 실온 교반함으로써 합성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 합성된 실리카 콜로이드 입자 등의 콜로이드 입자는 증류수로 수차례 세척한 후 증류수에 분산시킴으로써 콜로이드 수용액을 제조할 수 있다.In order to perform the step of preparing the colloidal aqueous solution by dispersing the polymer colloidal particles in distilled water (S10), it can be carried out from synthesizing the colloidal particles once. According to the exemplary embodiment of the present application, the colloidal particle may include one synthesized by a sol-gel method, but is not limited thereto. For example, the colloidal particles may be synthesized by the sol-gel method, but are not limited thereto. According to one embodiment of the present application, the silica colloidal particles that may be used as the colloidal particles may be synthesized using a solution containing tetraethyl orthosilicate (TEOS), alcohol, and ammonia, but is not limited thereto. As a silica precursor for synthesizing the silica colloidal particles, tetramethoxysilane may be used in addition to the tetraethylorthosilicate (TEOS), but is not limited thereto. For example, the silica colloidal particles may be synthesized by mixing ethanol and tetraethyl orthosilicate (TEOS) to form a mixture, and then adding distilled water and aqueous ammonia solution to the mixture and stirring for several hours at room temperature. It is not limited. The colloidal particles, such as the silica colloidal particles synthesized above may be washed several times with distilled water and then dispersed in distilled water to prepare a colloidal aqueous solution.

본원에 따라 상기 콜로이드 입자를 이용하여 형성된 상기 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지를 제조할 경우, 상기 콜로이드 입자 및 상기 콜로이드 결정의 크기에 따라 상기 산란층이 반사시키는 빛의 파장을 제어할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자는 nm 단위의 크기를 가지는 것일 수 있으며, 상기 콜로이드 결정은 ㎛ 단위의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 약 1 nm 내지 약 900 nm, 약 1 nm 내지 약 800 nm, 약 1 nm 내지 약 700 nm, 약 1 nm 내지 약 600 nm, 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 400 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 약 10 nm 내지 약 900 nm, 약 10 nm 내지 약 800 nm, 약 10 nm 내지 약 700 nm, 약 10 nm 내지 약 600 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 1000 nm, 약 100 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 600 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 200 nm 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 콜로이드 결정은 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 800 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 90 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 80 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 70 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 60 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a scattering layer containing the colloidal crystals formed using the colloidal particles according to the present invention, the wavelength of light reflected by the scattering layer according to the size of the colloidal particles and the colloidal crystals There is an advantage that can be controlled. For example, the colloidal particles may have a size in nm unit, the colloidal crystals may have a size in μm unit, but is not limited thereto. In one embodiment of the invention, the colloidal particles are about 1 nm to about 1000 nm, about 1 nm to about 900 nm, about 1 nm to about 800 nm, about 1 nm to about 700 nm, about 1 nm to about 600 nm, about 1 nm to about 500 nm, about 1 nm to about 400 nm, about 1 nm to about 300 nm, about 1 nm to about 200 nm, about 1 nm to about 100 nm, about 10 nm to about 1000 nm, About 10 nm to about 900 nm, about 10 nm to about 800 nm, about 10 nm to about 700 nm, about 10 nm to about 600 nm, about 10 nm to about 500 nm, about 10 nm to about 400 nm, about 10 nm to about 300 nm, about 10 nm to about 200 nm, about 10 nm to about 100 nm, about 100 nm to about 1000 nm, about 100 nm to about 900 nm, about 100 nm to about 800 nm, about 100 nm to It may have a size of about 700 nm, about 100 nm to about 600 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 300 nm, or about 100 nm to about 200 nm. However, the present invention is not limited thereto. In one embodiment of the present disclosure, the colloidal crystals are about 1 μm to about 1,000 μm, about 1 μm to about 900 μm, about 1 μm to about 800 μm, about 1 μm to about 700 μm, about 1 μm to about 600 Μm, about 1 μm to about 500 μm, about 1 μm to about 400 μm, about 1 μm to about 300 μm, about 1 μm to about 200 μm, about 1 μm to about 100 μm, about 1 μm to about 90 μm, About 1 μm to about 80 μm, about 1 μm to about 70 μm, about 1 μm to about 60 μm, about 1 μm to about 50 μm, about 1 μm to about 40 μm, about 1 μm to about 30 μm, about 1 The microparticles may have a size of about 20 μm to about 20 μm, about 1 μm to about 10 μm, or about 1 μm to about 5 μm, but are not limited thereto.

다음으로, 상기 콜로이드 수용액에 계면활성제 및 오일을 처리하여 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하는 단계(S20)를 수행할 수 있다. Next, the colloidal aqueous solution may be treated with a surfactant and an oil to form a colloidal aqueous solution / oil emulsion (S20).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 오일은 탄소수 10 이상의 알칸류, 실리콘 오일, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소수 10 이상의 알칸류의 비제한적 예로서, 탄소수 10 내지 20의 알칸류, 또는 탄소수 15 내지 20의 알칸류를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 오일은 펜타데케인(pentadecane), 헥사데케인(hexadecane), 헵타데케인(heptadecane), 또는 옥타데케인(octadecane)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the oil may include one selected from the group consisting of alkanes having 10 or more carbon atoms, silicone oil, and combinations thereof, but is not limited thereto. As a non-limiting example of the alkanes having 10 or more carbon atoms, alkanes having 10 to 20 carbon atoms or alkanes having 15 to 20 carbon atoms may be used, but are not limited thereto. For example, the oil may include, but is not limited to, pentadecane, hexadecane, heptadecane, or octadecane.

상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하는 단계는, 예를 들어, 상기 콜로이드 수용액에 계면활성제로서 하이퍼머 2296 및 오일로서 헥사데케인을 이용하여 처리함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The forming of the colloidal aqueous solution / oil emulsion may be performed by, for example, treating the colloidal aqueous solution with hypermer 2296 as a surfactant and hexadecane as an oil, but is not limited thereto.

다음으로, 상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하여 상기 콜로이드 결정을 형성하는 단계(S30)를 수행할 수 있다. 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정은, 상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하는 과정에서 증류수가 증발되면서 일어나는 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하는 과정에서 수분의 증발과 자기조립(self-assembly)에 따른 콜로이드 결정화가 동시에 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 콜로이드 입자는 액적 내에 존재할 경우 균일하지 않게 분산된 형태로서 존재하나, 이를 건조시키는 공정을 거치면서 상기 콜로이드 입자 간의 간격이 없어지고 촘촘한 면심입방구조의 정렬된 형태를 가지게 되는데, 이를 일컬어 "자기조립"이라 표현할 수 있다. 단순한 건조만으로도 자기조립이 일어날 수 있는 이유는, 수분이 증발됨에 따라 입자의 농도가 증가하게 되며, 이에 따라 균일한 입자 배열을 가지게 되기 때문이다.Next, the colloidal aqueous solution / oil emulsion may be dried to form the colloidal crystals (S30). According to the exemplary embodiment of the present application, the colloidal crystal may be formed by self-assembly of colloidal particles generated while distilled water evaporates in the process of drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion, but is not limited thereto. It is not. In the process of drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion, colloidal crystallization according to evaporation of water and self-assembly may be simultaneously performed, but is not limited thereto. When the colloidal particles are present in the droplets, they are present as a non-uniformly dispersed form, but during the drying process, the colloidal particles have a gap between the colloidal particles and have an ordered form of a dense face-centered cubic structure. "Can be expressed. Self-assembly may occur even by simple drying because the concentration of the particles increases as the moisture evaporates, and thus a uniform particle arrangement is obtained.

따라서, 본원에 의하여 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 콜로이드 결정을 이용하여 염료감응 태양전지의 산란층을 형성함으로써, 상기 산란층을 용이하고 경제적인 공정에 의하여 단시간에 제조할 수 있다는 장점이 있다.Therefore, by forming a scattering layer of a dye-sensitized solar cell using a colloidal crystal formed by self-assembly of the colloidal particles according to the present application, the scattering layer can be prepared in a short time by an easy and economical process. There is an advantage that it can.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정을 형성하는 단계 이후에 상기 콜로이드 결정을 분리하는 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 콜로이드 결정을 분리하는 단계 이후에 상기 콜로이드 결정을 알코올에 분산시키는 단계, 및 상기 알코올을 증발시키는 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, after the forming of the colloidal crystals, the colloidal crystals may be further included, but is not limited thereto. In addition, according to one embodiment of the present application, after the step of separating the colloidal crystals may be to further include the step of dispersing the colloidal crystals in alcohol, and evaporating the alcohol, but is not limited thereto.

마지막으로, 상기 콜로이드 결정을 상기 광전극 상에 도포하여 상기 산란층을 형성하는 단계(S40)를 수행할 수 있다. 예를 들어, 에탄올에 분산시킨 상기 콜로이드 결정을 피펫에 주입하여 상기 콜로이드 결정을 상기 광전극 상에 도포할 수 있는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 설명한 과정에 따라, 염료감응 태양전지의 산란층을 형성할 수 있다.Finally, the colloidal crystals may be applied onto the photoelectrode to form the scattering layer (S40). For example, the colloidal crystal dispersed in ethanol may be injected into a pipette to apply the colloidal crystal onto the photoelectrode, but the present invention is not limited thereto. According to the above-described process, it is possible to form a scattering layer of the dye-sensitized solar cell.

본원에 따라 형성된 염료감응 태양전지의 산란층에 있어서, 상기 콜로이드 결정은 콜로이드 입자가 일정하게 배열된 광자 결정의 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 산란층은 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사시키고 특정 파장의 빛을 선택적으로 투과시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the scattering layer of the dye-sensitized solar cell formed according to the present application, the colloidal crystals may be in the form of photonic crystals in which colloidal particles are constantly arranged, but is not limited thereto. In addition, the scattering layer may be to selectively reflect light of a specific wavelength and selectively transmit light of a specific wavelength, but is not limited thereto.

본원에 따라 형성된 염료감응 태양전지의 산란층은 구형의 콜로이드 결정으로 구성된 것으로서 모든 각도에서 동일한 구조를 가지므로, 상기 산란층이 형성된 영역 전체에 대하여 동일한 파장의 빛에 대하여 반사 효과를 가지는 고효율 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. 일반적인 광자 결정의 경우 보는 각도에 따라 광자 결정의 구조가 달라져 상이한 빛을 반사하게 되지만, 본원에서 산란층 형성을 위해 이용되는 콜로이드 결정의 경우 구형이므로 보는 각도에 따라 광자 결정의 구조가 영향을 받지 않아 특정 파장의 가시광선을 선택적으로 반사시킨다는 효과가 있다. 즉, 일반적인 광자 결정의 경우 보는 각도에 따라 반사 파장이 의존하게 되지만, 본원의 콜로이드 결정의 경우에는 보는 각도에 따라 반사 파장이 의존하지 않게 된다.Since the scattering layer of the dye-sensitized solar cell formed according to the present invention is composed of spherical colloidal crystals and has the same structure at all angles, the dye-sensitized solar cell has a high-efficiency dye-sensitizing effect with respect to light having the same wavelength for the entire region where the scattering layer is formed. Solar cells can be manufactured. In the case of general photonic crystals, the structure of the photonic crystals is different depending on the viewing angle to reflect different light. However, since the colloidal crystals used for forming the scattering layer are spherical, the structure of the photonic crystals is not affected by the viewing angle. There is an effect of selectively reflecting visible light of a specific wavelength. That is, in the case of a general photon crystal, the reflection wavelength depends on the viewing angle, but in the case of the colloidal crystal of the present application, the reflection wavelength does not depend on the viewing angle.

또한, 본원에 따라 형성된 산란층이 염료감응 태양전지용 광전극에 포함되도록 하는 경우, 상기 산란층은 상기 광전극에 조사된 빛의 양 대비 방출되는 전자의 수를 특정한 파장에서 일정하게 유지되도록 하는 역할을 담당할 수 있기 때문에, 결과적으로 상기 광전극의 전류밀도가 증가되도록 할 수 있다.
In addition, when the scattering layer formed according to the present application is included in the photoelectrode for dye-sensitized solar cell, the scattering layer serves to maintain a constant number of electrons emitted at a specific wavelength compared to the amount of light irradiated to the photoelectrode. Since it is possible to take charge of, it is possible to increase the current density of the photoelectrode as a result.

이하, 본원의 염료감응 태양전지에 포함되는 상대전극(500)의 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the counter electrode 500 included in the dye-sensitized solar cell of the present application will be described in more detail.

상기 염료감응 태양전지의 구성요소 가운데, 상기 상대전극(500)은 상기 광전극(200)에 대향되어 배치되어 있다. 상기 상대전극(500)은, 전극용 투명 기재 상에 전도성 투명 전극이 형성되어 있는 전도성 투명 기재(100), 및, 선택적으로, 상기 투명 전극 상에 형성된 전도층을 포함할 수 있다.Among the components of the dye-sensitized solar cell, the counter electrode 500 is disposed to face the photoelectrode 200. The counter electrode 500 may include a conductive transparent substrate 100 having a conductive transparent electrode formed on the transparent substrate for an electrode, and, optionally, a conductive layer formed on the transparent electrode.

상기 상대전극(500)에 있어서 전도성 투명 기재(100)는, 상기 광전극(200)에 이용되는 전도성 투명 기재(100)와 마찬가지로, 투명 기재 상에 전도성 투명 전극을 코팅 또는 증착하여 형성할 수 있다. 여기서, 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 고분자 기재의 재료로는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이러한 투명 기재 상에 형성되는 상기 전도성 투명 전극은, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속 산화물을 포함하며, 예를 들어, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용 면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기에서, 상기 전도성 투명 기재(100)를 채용하는 이유는 태양광이 투과되어 내부로 입사될 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원을 설명하는 명세서에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100%인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.In the counter electrode 500, the conductive transparent substrate 100 may be formed by coating or depositing a conductive transparent electrode on the transparent substrate, similarly to the conductive transparent substrate 100 used for the photoelectrode 200. . Herein, the transparent substrate may be used without particular limitation as long as it is a material having transparency to allow incidence of external light. For example, a glass substrate or a transparent polymer substrate may be used. As the material of the transparent polymer substrate, for example, polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), triacetyl cellulose (TAC) ), Or copolymers thereof, but are not limited thereto. In addition, the conductive transparent electrode formed on the transparent substrate, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and mixtures thereof, and conductive metal oxides selected from the group consisting of, for example, conductivity, transparency, and heat resistance It may include, but is not limited to, superior tin oxide (SnO 2 ), or inexpensive indium tin oxide (ITO). In this case, the reason for employing the conductive transparent substrate 100 is to allow sunlight to penetrate into the inside. In addition, the meaning of the word "transparent" in the specification explaining this application includes both the case where the light transmittance of a material is high as well as the case where the light transmittance is high.

한편, 상기 상대전극(500)에 포함되는 상기 전도층은 산화·환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C), 산화텅스텐(WO3), 이산화티타늄 (TiO2), 또는 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 상대전극(500)의 일면에 형성된 전도층은 반사율이 높을수록 효율이 우수하므로, 반사율이 높은 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
On the other hand, the conductive layer included in the counter electrode 500 serves to activate the redox couple, platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Ru), palladium (Pd) , Conductive materials such as rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), carbon (C), tungsten oxide (WO 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), or conductive polymers. The conductive layer formed on one surface of the counter electrode 500 has higher efficiency as the reflectance is higher, so it is preferable to select a material having a high reflectance.

이하, 본원의 염료감응 태양전지에 포함되는 전해질-함유 층(600)의 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the electrolyte-containing layer 600 included in the dye-sensitized solar cell of the present application will be described in more detail.

상기 염료감응 태양전지의 구성요소 가운데, 상기 광전극(200)과 상기 상대전극(500) 사이에는 전해질을 포함하는 액체(전해액), 고체 고분자 전해질 또는 겔형 고분자 전해질을 주입하여 전해질-함유 층(600)을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전해질은, 예를 들어, 요오드화물(iodide)을 포함하며, 산화·환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 전자를 잃었던 염료분자에게 받은 전자를 전달하는 역할을 수행한다. 상기 전해질은 광전극의 기공 내부로 균일하게 분산되어 있을 수 있다. 상기 전해질은 전해액으로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액은 요오드화물(iodide)/삼요오드화물(triodide) 쌍으로서 산화·환원에 의해 상대전극(500)으로부터 전자를 받아 염료분자에게 전달하는 역할을 수행하는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전해질로서는 요오드(Iodine, I2)를 아세토니트릴(ACN)에 용해시킨 용액 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질로서는 0.7 M 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드화물(1-butyl-3-methylimidazolium iodide, BMII), 0.03 M 요오드(Iodine, I2), 0.1 M 구아니디움 티오시아네이트(Guanidium thiocyanate, GSCN), 및 0.5 M 4-터트-부틸피리딘(4-tert-buthylpyridine, 4-TBP)을 아세토니트릴(ACN)과 발레노니트릴(VN)의 혼합액(부피비 85:15)에 용해시켜 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Among the components of the dye-sensitized solar cell, an electrolyte-containing layer 600 is injected between the photoelectrode 200 and the counter electrode 500 by injecting a liquid (electrolyte), a solid polymer electrolyte, or a gel polymer electrolyte containing an electrolyte. ), But is not limited thereto. The electrolyte includes, for example, iodide, and serves to transfer electrons received to dye molecules that have lost electrons by receiving them from the counter electrode by oxidation and reduction. The electrolyte may be uniformly dispersed in the pores of the photoelectrode. The electrolyte may be composed of an electrolyte, and the electrolyte is an iodide / triodide pair, which receives electrons from the counter electrode 500 by oxidation and reduction and transfers the electrons to the dye molecules. It may include, but is not limited thereto. For example, a solution in which iodine (Iodine, I 2 ) is dissolved in acetonitrile (ACN) may be used as the electrolyte. However, the electrolyte is not limited thereto, and any electrolyte may be used without particular limitation. For example, as the electrolyte, 0.7 M 1-butyl-3-methylimidazolium iodide (1-butyl-3-methylimidazolium iodide, BMII), 0.03 M iodine (Iodine, I 2 ), 0.1 M guanidium thio A mixture of acetonitrile (ACN) and valenonitrile (VN) in cyanate (Guanidium thiocyanate, GSCN) and 0.5 M 4-tert-butylpyridine (4-TBP) (volume ratio 85:15) It can be dissolved in, but is not limited thereto.

상기 염료감응 태양전지에 포함되는 전해질의 누출을 방지하기 위하여, 상기 광전극(200)과 상기 상대전극(500)의 가장 자리에는 밀봉부가 형성될 수 있다. 상기 밀봉부는 열가소성 고분자물질을 포함하며, 열 또는 자외선에 의하여 경화된다. 구체적인 예로, 밀봉부는 에폭시 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 밀봉부로서 수십 마이크로미터 두께의 고분자 필름을 광전극(200)과 상대전극(500) 사이에 끼워 넣어 간격을 유지할 수 있다.In order to prevent leakage of the electrolyte included in the dye-sensitized solar cell, a seal may be formed at the edge of the photoelectrode 200 and the counter electrode 500. The seal includes a thermoplastic polymer material and is cured by heat or ultraviolet rays. As a specific example, the sealing part may include an epoxy resin, but is not limited thereto. For example, a gap between the photoelectrode 200 and the counter electrode 500 may be sandwiched between the photoelectrode 200 and the counter electrode 500 as a sealing part.

한편, 염료감응 태양전지에 사용될 수 있는 전해질은 그 성상에 따라 액체 전해질, 겔형 전해질, 및 고체 전해질로 구분될 수 있는데, 앞서 설명한 액체 전해질을 사용하여 태양전지를 제조할 경우 에너지 전환효율이 높아진다는 장점이 있지만, 액체 전해질에 포함된 용매가 외부 온도의 증가와 태양전지의 밀봉 상태에 따라 누출되거나 휘발됨으로써 태양전지의 수명이 낮아질 수 있다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여, 본원의 염료감응 태양전지에서 사용되는 상기 전해질은 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, electrolytes that can be used in dye-sensitized solar cells can be classified into liquid electrolytes, gel electrolytes, and solid electrolytes according to their properties. When the solar cells are manufactured using the liquid electrolyte described above, energy conversion efficiency is increased. There is an advantage, but the solvent contained in the liquid electrolyte is leaked or volatilized according to the increase in the external temperature and the sealing state of the solar cell has a disadvantage that the life of the solar cell can be reduced. In order to solve these disadvantages, the electrolyte used in the dye-sensitized solar cell of the present application may be one selected from the group consisting of a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and combinations thereof, but is not limited thereto. .

상기 겔형 전해질은, 예를 들어, 요오드계 산화/환원쌍(I3 -/I-); 저휘발성 유기 용매; 및 고분자 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The gel electrolyte may, for example, an iodine-based oxidation / reduction pair (I 3 - / I -) ; Low volatility organic solvents; And it may be to include a polymer material, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 요오드계 산화/환원쌍을 형성하기 위한 요오드화염은, n-메틸이미다졸륨 요오드, n-에틸이미다졸륨 요오드, 1-벤질-2-메틸이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-s-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-엑틸이미다졸륨 요오드, 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-프로필-3-프로필이미다졸륨 요오드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the iodide salt for forming the iodine-based oxidation / reduction pair may include n-methylimidazolium iodine, n-ethylimidazolium iodine, 1-benzyl-2-methylimidazolium iodine, 1-ethyl 3-methylimidazolium iodine, 1-butyl-3-methylimidazolium iodine, 1-methyl-3-propylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodine, 1-methyl- 3-butylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isobutylimidazolium iodine, 1-methyl-3-s-butylimidazolium iodine, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodine, 1-methyl 3-isopentylimidazolium iodine, 1-methyl-3-hexylimidazolium iodine, 1-methyl-3-isohexylimidazolium iodine, 1-methyl-3-actylimidazolium iodine, 1,2 -Dimethyl-3-propylimidazolium iodine, 1-ethyl-3-isopropylimidazolium iodine, 1-propyl-3-propylimidazolium iodine, and combinations thereof It may be, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 저휘발성 유기 용매는, 메톡시프로피오니트릴, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 감마-부티로락톤, 디메틸포름아미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the low volatility organic solvent is selected from the group consisting of methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, gamma-butyrolactone, dimethylformamide, and combinations thereof. It may include, but is not limited to.

예를 들어, 상기 고분자 물질은 액체 전해질을 겔화시킴으로써 겔형 전해질을 제조하기 위한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 고분자 물질은 전도성 고분자로서, 종래의 액체 전해질처럼 전자 전달이 가능한 것이며, 액체 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지의 단점 중의 하나인 누액 및 휘발 문제를 해결할 수 있는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 겔형 전해질에 포함되는 고분자 물질은, 폴리에틸렌옥시드(PEO), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVdF-HFP), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the polymer material may be for preparing a gel electrolyte by gelling a liquid electrolyte, but is not limited thereto. For example, the polymer material is a conductive polymer, which is capable of electron transfer like a conventional liquid electrolyte, and can solve the leakage and volatilization problem, which is one of the disadvantages of the dye-sensitized solar cell including the liquid electrolyte, but is not limited thereto. It is not. For example, the polymer material included in the gel electrolyte may include one selected from the group consisting of polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 요오드계 산화/환원쌍을 형성하기 위한 요오드화염 및 상기 고분자 물질의 비는 중량% 기준으로 1:1 내지 1:3 인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the ratio of the iodide salt and the polymer material to form the iodine-based oxidation / reduction pair may include one to 1: 1 to 1: 3 based on weight%, but is not limited thereto.

이하, 본원의 염료감응 태양전지에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the dye-sensitized solar cell of the present application will be described in more detail with reference to Examples, but the present application is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

<< 실시예Example 1> 1>

유리 기재 상에 전도성의 ITO 투명전극을 형성하여 전도성 투명 기재를 형성하였다. 상기 전도성 투명 기재 상에 이산화티타늄을 포함하는 차단층을 형성하였다. 구체적으로, 상기 이산화티타늄을 포함하는 차단층은 상기 전도성 투명 기재를 0.1 M 농도의 TiCl4 수용액에 담근 후 70℃ 오븐에 30 분간 놓아두는 방법으로 형성하였다.A conductive transparent substrate was formed by forming a conductive ITO transparent electrode on the glass substrate. A blocking layer including titanium dioxide was formed on the conductive transparent substrate. Specifically, the barrier layer containing titanium dioxide was formed by immersing the conductive transparent substrate in TiCl 4 aqueous solution of 0.1 M concentration and placing the conductive transparent substrate in an oven at 70 ° C. for 30 minutes.

이후, 상기 차단층 상에 감광성 염료가 흡착된 광전극을 형성하였다.Thereafter, a photoelectrode on which the photosensitive dye was adsorbed was formed on the blocking layer.

상기 광전극 제조에는 슬러리 즉 이산화티타늄 나노입자를 사용하였다. 상기 이산화티타늄 나노입자들을 제조하기 위하여, 우선, 에틸 알코올 50 ml에 이산화티타늄 나노분말(18 중량%)과 트리톤 X-100(2 중량%)을 첨가하고 3 시간 동안 교반한 용액(용액 1), 및 에틸 알코올 50 ml에 α-테르피네올(60 중량%)과 에틸 셀룰로오스(20 중량%)를 첨가하고 3 시간 동안 교반한 용액(용액 2)를 준비하였다. 그 후, 상기 용액 1 및 용액 2를 혼합하여 24 시간 동안 교반한 후, 농축기를 이용하여 에틸 알코올을 증발시킴으로써 점성 있는 이산화티타늄 페이스트를 제조하고, 농도를 3.6 중량%로 맞추어 상기 이산화티타늄 나노입자들을 수득하였다. 수득한 이산화티타늄 나노입자들을 닥터 블레이드 방법을 이용하여 투명 전도성 기판에 도포하였다. 광전극을 이루는 이산화티타늄 표면에 흡착되어 있는 염료분자로는 루테늄 또는 쿠마린계 염료분자 중 어느 하나가 사용될 수 있다.Slurry, that is, titanium dioxide nanoparticles were used to manufacture the photoelectrode. To prepare the titanium dioxide nanoparticles, first, titanium dioxide nanopowder (18% by weight) and triton X-100 (2% by weight) were added to 50 ml of ethyl alcohol, and the solution was stirred for 3 hours (solution 1), And 50 ml of ethyl alcohol was added α-terpineol (60 wt%) and ethyl cellulose (20 wt%), followed by preparing a solution (solution 2) stirred for 3 hours. Thereafter, the solution 1 and the solution 2 were mixed and stirred for 24 hours, and then a viscous titanium dioxide paste was prepared by evaporating ethyl alcohol using a concentrator, and the titanium dioxide nanoparticles were adjusted to a concentration of 3.6% by weight. Obtained. The obtained titanium dioxide nanoparticles were applied to a transparent conductive substrate using a doctor blade method. As the dye molecules adsorbed on the surface of the titanium dioxide constituting the photoelectrode, any one of ruthenium or coumarin-based dye molecules may be used.

구체적으로 본 실시예에서는 루테늄계 염료분자인 N719 염료를 Dyesol 회사로부터 구입하여 사용하였다. N719를 무수 에탄올(anhydrous ethanol)에 분산시켜 0.5 mM의 농도로 맞추어 광전극을 하루 동안 담가 염료를 흡착시켰다.Specifically, in the present embodiment, the ruthenium-based dye molecule N719 dye was purchased from Dyesol company. N719 was dispersed in anhydrous ethanol (anhydrous ethanol) to a concentration of 0.5 mM to immerse the photoelectrode for one day to adsorb the dye.

이후, 상기 광전극 상에 실리카 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하였다. 상기 산란층을 형성하는 단계는, 실리카 콜로이드 입자를 증류수에 분산시켜 실리카 콜로이드 수용액을 제조하는 단계, 상기 실리카 콜로이드 수용액에 계면활성제 및 오일을 처리하여 실리카 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하는 단계, 상기 실리카 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하여 상기 실리카 콜로이드 결정을 형성하는 단계, 및 상기 실리카 콜로이드 결정을 상기 광전극 상에 도포하여 상기 산란층을 형성하는 단계의 순서로 진행되었다.Thereafter, a scattering layer containing silica colloidal crystals was formed on the photoelectrode. The forming of the scattering layer may include dispersing silica colloidal particles in distilled water to prepare an aqueous silica colloidal solution, treating the silica colloidal aqueous solution with a surfactant and an oil to form an aqueous silica colloidal solution / oil emulsion, and the silica The colloidal aqueous solution / oil emulsion was dried to form the silica colloidal crystals, and the silica colloidal crystals were applied on the photoelectrode to form the scattering layer.

우선, 상기 실리카 콜로이드 입자는 졸-겔법으로 합성하였다. 구체적으로, 상기 실리카 콜로이드 입자는 300 mL 플라스크에서 에탄올 200 mL와 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS) 8.5 mL를 혼합하여 혼합물을 생성한 후에, 증류수 18 mL와 암모니아 수용액 9 mL를 상기 혼합물에 첨가하고 5 시간 동안 실온에서 교반함으로써 합성하였다. 이처럼 합성된 실리카 콜로이드 입자의 크기는 약 310 nm였다. 상기 합성된 실리카 콜로이드 입자는 증류수로 수차례 세척한 후 증류수에 분산시켜 실리카 콜로이드 수용액을 제조하였다. 이후, 상기 실리카 콜로이드 수용액에 계면활성제인 하이퍼머 2296 및 오일인 헥사데케인을 혼합하여 1 중량%가 되도록 처리함으로써 실리카 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하였다. 상기 실리카 콜로이드 수용액/오일 에멀젼에서 수분은 증발시키고 콜로이드는 결정화시키기 위하여 약 60 ℃ 오븐에서 12 시간 동안 건조시켰다. 이에 따라 수분이 증발되면서 자기조립(self-assembly)에 의하여 약 9 μm 크기를 가지는 구형의 실리카 콜로이드 결정이 형성되었으며, 상기 실리카 콜로이드 결정을 에탄올에 분산시켰다. 상기 에탄올에 분산시킨 실리카 콜로이드 결정은 피펫을 이용하여 광전극 위에 도포하였다. 이후 상기 에탄올을 건조시킴으로써 광전극 상의 산란층을 완성하였다.First, the silica colloidal particles were synthesized by the sol-gel method. Specifically, the silica colloid particles were mixed with 200 mL of ethanol and 8.5 mL of tetraethyl orthosilicate (TEOS) in a 300 mL flask to form a mixture, and then 18 mL of distilled water and 9 mL of aqueous ammonia solution were added to the mixture. Synthesis by stirring at room temperature for hours. The size of the silica colloidal particles thus synthesized was about 310 nm. The synthesized silica colloidal particles were washed several times with distilled water and then dispersed in distilled water to prepare an aqueous silica colloidal solution. Subsequently, the silica colloid aqueous solution was mixed with hypermer 2296 as a surfactant and hexadecane as an oil to treat 1% by weight to form an aqueous silica colloidal solution / oil emulsion. Water was evaporated in the aqueous silica colloid / oil emulsion and the colloid was dried in an oven at about 60 ° C. for 12 hours to crystallize. As the water evaporated, spherical silica colloidal crystals having a size of about 9 μm were formed by self-assembly, and the silica colloidal crystals were dispersed in ethanol. Silica colloidal crystals dispersed in the ethanol was applied to the photoelectrode using a pipette. Thereafter, the ethanol was dried to complete the scattering layer on the photoelectrode.

도 3은, 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지에 포함되는 산란층의 SEM 사진으로서, 도 3a는 약 310 nm 크기의 실리카 콜로이드 입자를 포함하는 약 9 μm 크기의 구형의 실리카 콜로이드 결정의 SEM 사진이고, 도 3b는 도 3a의 실리카 콜로이드 결정을 광전극 상에 도포하여 형성한 산란층의 SEM 사진이며, 도 3c는 도 3a의 실리카 콜로이드 결정을 확대하여 내부의 약 310 nm 크기의 실리카 콜로이드 입자들의 배열을 관찰한 SEM 사진이다.FIG. 3 is an SEM image of a scattering layer included in a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 3A illustrates a spherical silica colloidal crystal having a size of about 9 μm including silica colloidal particles having a size of about 310 nm. SEM image of the scattering layer formed by coating the silica colloidal crystal of Figure 3a on the photoelectrode, Figure 3b is an enlarged silica colloidal crystal of Figure 3a silica colloid of about 310 nm inside SEM photograph of the arrangement of the particles.

도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알코올에 분산된 실리카 콜로이드 결정에 빛이 반사되는 사진이다.4 is a photograph in which light is reflected on a silica colloidal crystal dispersed in an alcohol in one embodiment of the present application.

도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알코올에 분산된 실리카 콜로이드 결정의 빛의 파장에 따른 투과도를 나타낸 그래프로서, 약 310 nm 크기의 실리카 콜로이드 입자를 포함하는 실리카 콜로이드 결정의 경우 약 700 nm 파장에서 투과도의 극소값을 가지는 바 약 700 nm 파장의 빛을 반사시킨다는 것을 나타낸 것이다.FIG. 5 is a graph showing the transmittance according to the wavelength of light of a silica colloid crystal dispersed in an alcohol according to one embodiment of the present application, and about 700 nm in the case of a silica colloid crystal including silica colloid particles having a size of about 310 nm. The minimum value of transmittance at the wavelength indicates that it reflects light of about 700 nm wavelength.

도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 실리카 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지(실시예), 및 산란층을 포함하지 않는 염료감응 태양전지(비교예) 각각에 있어서, 빛의 파장에 따른 투과도를 나타낸 그래프로서, 산란층을 포함할 경우 비교적 낮은 빛의 투과도를 가지게 됨을 나타낸 것이다.FIG. 6 shows a dye-sensitized solar cell (example) including a scattering layer containing silica colloidal crystals and a dye-sensitized solar cell (comparative example) not including a scattering layer in one embodiment of the present application. As a graph showing the transmittance according to the wavelength of light, the graph shows that the light transmittance has a relatively low light transmittance.

한편, 상기 전도성 투명 기재에 평행하게 배치되어 있는 상대전극은, 유리 기재에 투명 전극을 형성한 후 백금층을 형성함으로써 제조하였다. 구체적으로, 상기 백금층은 염화백금산(H2PtCl6) 용액을 전도성 투명 기재에 바르고, 50℃인 핫 플레이트에 놓고 용매를 증발시킨 뒤, 450℃에서 30 분 동안의 열처리를 하여 형성하였다.On the other hand, the counter electrode arrange | positioned in parallel with the said conductive transparent base material was manufactured by forming a platinum layer after forming a transparent electrode on a glass base material. Specifically, the platinum layer was formed by applying a chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) solution to a conductive transparent substrate, placed on a hot plate at 50 ° C., and evaporating the solvent, followed by heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes.

이어서, 상기 광전극 및 상기 백금층이 형성된 상대전극 사이에 전해질을 주입하였다. 상기 전해질은 상기 계층형 다공성 이산화티타늄 구조체를 포함하는 광전극의 기공 내부에도 침투할 수 있다. 전해질은 몇 가지 성분을 혼합하여 제조할 수 있는데, 본원의 실시예에서는 요오드계 산화·환원 쌍을 가지는 액체 전해질을 사용하였다. 구체적으로, 상기 전해질로서 solaronix 사의 AN-50 전해질을 사용하였으며, 전해질 용액이 새어 나오지 않도록 하기 위해 약 60 ㎛ 두께의 설린(Surlyn)을 이용하여 전지를 밀봉하였다.
Subsequently, an electrolyte was injected between the photoelectrode and the counter electrode on which the platinum layer was formed. The electrolyte may also penetrate into the pores of the photoelectrode including the hierarchical porous titanium dioxide structure. The electrolyte may be prepared by mixing several components. In the present embodiment, a liquid electrolyte having an iodine-based redox pair is used. Specifically, the AN-50 electrolyte of solaronix was used as the electrolyte, and the battery was sealed by using Surlyn having a thickness of about 60 μm so as not to leak the electrolyte solution.

AM 1.5, 100 mW/cm2의 조건에서, 본 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전류밀도(Jsc), 전압(Voc), 충진계수(FF), 및 에너지 전환효율(EFF) 값을 측정하였고, 그 결과는 도 7 및 하기 표 1에 나타낸 바와 같다. 본 실시예에 따른 실리카 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지(실시예)의 효율을 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 효율과 비교하기 위하여, 산란층을 포함하지 않는 염료감응 태양전지(비교예)의 데이터도 함께 나타내었다:At the conditions of AM 1.5 and 100 mW / cm 2, the values of current density (Jsc), voltage (Voc), filling factor (FF), and energy conversion efficiency (EFF) of the dye-sensitized solar cell according to the present example were measured. The results are shown in FIG. 7 and Table 1 below. In order to compare the efficiency of the dye-sensitized solar cell (Example) including the scattering layer containing silica colloidal crystals according to the present embodiment with the efficiency of the dye-sensitized solar cell according to the prior art, dye-sensitized without the scattering layer The data for the solar cell (comparative example) is also shown:

면적area Jsc(Jsc ( mAmA /Of cmcm 22 )) VocVoc (V)(V) FFFF EffEff .(%). (%) 비교예Comparative example 9.439.43 5.725.72 0.5660.566 0.6610.661 2.1402.140 실시예Example 9.499.49 8.248.24 0.6110.611 0.6700.670 3.3723.372

또한, 실리카 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지(실시예), 및 산란층을 포함하지 않는 염료감응 태양전지(비교예) 각각에 있어서, 광전류-전압(I-V; Current density-Voltage) 특성을 도 7의 그래프로서 도시하였다. 도 7을 참조하면, 산란층을 포함하는 염료감응 태양전지(실시예)의 경우 전류밀도와 개방전압이 향상됨을 확인할 수 있다.
In addition, in the dye-sensitized solar cell (Example) containing a scattering layer containing silica colloidal crystals, and the dye-sensitized solar cell (Comparative Example) not containing a scattering layer, the photocurrent-voltage (IV; Current density-) Voltage) characteristic is shown as a graph of FIG. Referring to FIG. 7, in the case of the dye-sensitized solar cell (example) including the scattering layer, it can be seen that the current density and the open voltage are improved.

<< 실시예Example 2> 2>

콜로이드 입자로서 폴리스타이렌(polystyrene) 콜로이드 입자(크기 약 300 nm)를 이용하여 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정 (크기 약 50 μm ~ 260 μm)을 하기와 같이 제조하였다.Spherical polystyrene colloidal crystals (sizes of about 50 μm to 260 μm) were prepared using polystyrene colloidal particles (size of about 300 nm) as colloidal particles.

구체적으로, 상기 폴리스타이렌 콜로이드 입자는 250 mL 플라스크에 증류수 95 mL와 스타이렌 9 mL을 혼합한 후, KPS(Potassium persulfate) 0.02g과 증류수 5 mL의 혼합용액을 첨가하고 80℃에서 16 시간 교반함으로써 합성하였다. Specifically, the polystyrene colloidal particles were synthesized by mixing 95 mL of distilled water and 9 mL of styrene in a 250 mL flask, adding a mixed solution of 0.02 g of potassium persulfate (KPS) and 5 mL of distilled water and stirring the mixture at 80 ° C. for 16 hours. It was.

상기 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정은 상기 폴리스타이렌 콜로이드 입자를 이용하여 상기 실시예 1에서 실리카 콜로이드 결정의 제조 과정과 동일하게 제조되었다. 즉, 상기 합성된 폴리스타이렌 콜로이드 입자는 증류수로 수차례 세척한 후 증류수에 분산시켜 폴리스타이렌 콜로이드 수용액을 제조하였다. 이후, 상기 폴리스타이렌 고분자 콜로이드 분산 수용액에 계면활성제인 하이퍼머 2296 및 오일인 헥사데케인을 혼합하여 1 중량%가 되도록 처리함으로써 폴리스타이렌 고분자 콜로이드 분산 수용액/오일 에멀젼을 형성하였다. 상기 폴리스타이렌 고분자 콜로이드 분산 수용액/오일 에멀젼에서 수분은 증발시키고 상기 폴리스타이렌 고분자 콜로이드는 결정화시키기 위하여 약 60℃ 오븐에서 12 시간 동안 건조시켰다. 이에 따라 수분이 증발되면서 자기조립(self-assembly)에 의한 구형의 폴리스타이렌 고분자 콜로이드 결정이 형성되었으며, 상기 폴리스타이렌 고분자 콜로이드 결정을 에탄올에 분산시켰다. 상기 에탄올에 분산시킨 폴리스타이렌 고분자 콜로이드 결정은 피펫을 이용하여 광전극 위에 도포하였다. 이후 상기 에탄올을 건조시킴으로써 광전극 상의 산란층을 완성하였다.The spherical polystyrene colloidal crystals were prepared in the same manner as in the preparation of silica colloidal crystals in Example 1 using the polystyrene colloidal particles. That is, the synthesized polystyrene colloidal particles were washed several times with distilled water and then dispersed in distilled water to prepare a polystyrene colloidal aqueous solution. Subsequently, the polystyrene polymer colloid dispersion aqueous solution / oil emulsion was formed by mixing hypermer 2296, which is a surfactant, and hexadecane, which is an oil, in the polystyrene polymer colloid dispersion aqueous solution to be 1% by weight. Water was evaporated in the polystyrene polymer colloid dispersion aqueous solution / oil emulsion and the polystyrene polymer colloid was dried in an oven at about 60 ° C. for 12 hours to crystallize. As a result of evaporation of water, spherical polystyrene polymer colloidal crystals were formed by self-assembly, and the polystyrene polymer colloidal crystals were dispersed in ethanol. The polystyrene polymer colloidal crystals dispersed in the ethanol were coated on the photoelectrode using a pipette. Thereafter, the ethanol was dried to complete the scattering layer on the photoelectrode.

도 8은, 본 실시예에 있어서 상기 폴리스타이렌 콜로이드 입자를 이용하여 제조된 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정의 SEM 사진으로서, 도 8a는 상기 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정의 SEM 사진 (스케일 바 = 500 ㎛), 도 8b는 상기 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정의 SEM 사진 (스케일 바 = 50 ㎛), 도 8c는 상기 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정의 표면의 SEM 사진 (스케일 바 = 3 ㎛)을 각각 나타낸다.FIG. 8 is a SEM photograph of a spherical polystyrene colloidal crystal prepared using the polystyrene colloidal particles in the present embodiment, and FIG. 8A is a SEM photograph of the spherical polystyrene colloidal crystal (scale bar = 500 µm), FIG. 8B Shows SEM pictures of the spherical polystyrene colloidal crystals (scale bar = 50 µm), and FIG. 8C shows SEM pictures (scale bar = 3 µm) of the surface of the spherical polystyrene colloidal crystals, respectively.

이와 같이 제조된 구형의 구형의 폴리스타이렌 콜로이드 결정을 이용하여 상기 실시예 1에 기재된 바와 같이 염료감응 태양전지의 산란층으로서 사용할 수 있다.
The spherical polystyrene colloidal crystals thus prepared can be used as scattering layers of dye-sensitized solar cells as described in Example 1 above.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

100: 전도성 투명 기재
200: 광전극
300: 콜로이드 결정
400: 산란층
500: 상대전극
600: 전해질-함유 층
100: conductive transparent substrate
200: photoelectrode
300: colloidal crystal
400: scattering layer
500: counter electrode
600: electrolyte-containing layer

Claims (24)

전도성 투명 기재 상에 형성되며 염료가 흡착되어 있는 광전극;
상기 광전극 상에 형성되며 콜로이드 결정을 함유하는 산란층;
상기 산란층과 대향되는 상대전극; 및,
상기 산란층과 상기 상대전극 사이에 위치하는 전해질-함유 층
을 포함하는, 염료감응 태양전지.
A photoelectrode formed on the conductive transparent substrate and having dye adsorbed thereon;
A scattering layer formed on the photoelectrode and containing colloidal crystals;
A counter electrode facing the scattering layer; And
An electrolyte-containing layer positioned between the scattering layer and the counter electrode
Including, dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정은 고분자 콜로이드 결정 또는 무기 콜로이드 결정을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
The colloidal crystal is a dye-sensitized solar cell comprising a polymer colloidal crystal or an inorganic colloidal crystal.
제 2 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 결정은 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 고분자 콜로이드 입자를 포함하여 형성된 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 2,
The polymeric colloidal crystals are polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) (PBMA), and combinations thereof. Dye-sensitized solar cell that is formed by including a polymer colloidal particles including those selected from the group consisting of.
제 2 항에 있어서,
상기 무기 콜로이드 결정은 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 무기 콜로이드 입자들을 포함하여 형성된 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 2,
The inorganic colloidal crystal is formed by including inorganic colloidal particles including one selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and combinations thereof. battery.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정은 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
The colloidal crystal is a dye-sensitized solar cell that is formed by self-assembly of the colloidal particles (self-assembly).
제 1 항에 있어서,
상기 산란층에 함유된 상기 콜로이드 결정의 입자 크기에 따라 상기 산란층에서 반사되는 빛의 파장이 제어되는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
The wavelength of the light reflected from the scattering layer is controlled according to the particle size of the colloidal crystals contained in the scattering layer, dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정은 구형인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
The colloidal crystals are spherical, dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 광전극은 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
The photoelectrode comprises a mesoporous transition metal oxide structure, dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 전해질-함유 층은 전해질-함유 전해액, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
Wherein the electrolyte-containing layer comprises one selected from the group consisting of an electrolyte-containing electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 투명 기재와 상기 광전극 사이에 형성된 차단층을 추가 포함하는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 1,
The dye-sensitized solar cell further comprises a blocking layer formed between the conductive transparent substrate and the photoelectrode.
제 8 항에 있어서,
상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지.
The method of claim 8,
The mesoporous transition metal oxide structure, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, and these Dye-sensitized solar cell comprising an oxide of the transition metal selected from the group consisting of combinations.
전도성 투명 기재 상에 염료가 흡착된 광전극을 형성하는 단계;
상기 광전극 상에 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하는 단계;
상기 산란층과 대향되도록 상대전극을 배치하는 단계; 및,
상기 산란층과 상기 상대전극 사이에 전해질-함유 층을 형성하는 단계
를 포함하는, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
Forming a photoelectrode on which the dye is adsorbed on the conductive transparent substrate;
Forming a scattering layer containing a colloidal crystal on the photoelectrode;
Arranging a counter electrode to face the scattering layer; And
Forming an electrolyte-containing layer between the scattering layer and the counter electrode
A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a.
제 12 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정은 고분자 콜로이드 결정 또는 무기 콜로이드 결정을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The colloidal crystals will include a polymer colloidal crystal or inorganic colloidal crystals, manufacturing method of a dye-sensitized solar cell.
제 13 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 결정은 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 고분자 콜로이드 입자들을 포함하여 형성된 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
The polymeric colloidal crystals are polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) (PBMA), and combinations thereof. The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell that is formed by including a polymer colloidal particles including those selected from the group consisting of.
제 13 항에 있어서,
상기 무기 콜로이드 결정은 실리카(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 무기 콜로이드 입자들을 포함하여 형성된 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
The inorganic colloidal crystal is formed by including inorganic colloidal particles including one selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and combinations thereof. Method for producing a battery.
제 12 항에 있어서,
상기 광전극 상에 콜로이드 결정을 함유하는 산란층을 형성하는 단계는,
상기 콜로이드 입자를 물에 분산시켜 콜로이드 수용액을 형성하고;
상기 콜로이드 수용액에 계면활성제 및 오일을 첨가하여 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 형성하고;
상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하여 물을 제거하여 형성된 상기 콜로이드 결정을 분리하여 수득하고; 및,
상기 수득된 콜로이드 결정을 용매에 재분산하여 상기 광전극 상에 도포하여 상기 산란층을 형성하는 것
을 포함하는 것인,
염료감응 태양전지의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Forming a scattering layer containing a colloidal crystal on the photoelectrode,
Dispersing the colloidal particles in water to form an aqueous colloidal solution;
Adding a surfactant and an oil to the colloidal aqueous solution to form an aqueous colloidal / oil emulsion;
Drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion to obtain water by separating the colloidal crystals formed by removing water; And
Wherein the obtained colloidal crystals are redispersed in a solvent and coated on the photoelectrode to form the scattering layer.
To include,
Method for producing dye-sensitized solar cell.
제 16 항에 있어서,
상기 콜로이드 입자는 졸-겔법으로 합성되는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
The colloidal particles are synthesized by a sol-gel method, a dye-sensitized solar cell manufacturing method.
제 16 항에 있어서,
상기 오일은 알칸류, 실리콘 오일, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the oil is selected from the group consisting of alkanes, silicone oil, and combinations thereof, a method for producing a dye-sensitized solar cell.
제 16 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정은, 상기 콜로이드 수용액/오일 에멀젼을 건조하는 과정에서 물이 증발되면서 상기 콜로이드 입자의 자기조립(self-assembly)에 의하여 형성되는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
The colloidal crystal is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, which is formed by self-assembly of the colloidal particles while the water is evaporated in the process of drying the colloidal aqueous solution / oil emulsion.
제 12 항에 있어서,
상기 콜로이드 결정은 구형인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The colloidal crystals are spherical, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell.
제 12 항에 있어서,
상기 광전극은 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체를 포함하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The photoelectrode comprises a mesoporous transition metal oxide structure, a dye-sensitized solar cell manufacturing method.
제 12 항에 있어서,
상기 전해질-함유 층은 전해질-함유 전해액, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the electrolyte-containing layer comprises one selected from the group consisting of an electrolyte-containing electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and combinations thereof.
제 12 항에 있어서,
상기 전도성 투명 기재와 상기 광전극 사이에 차단층을 형성하는 것을 추가 포함하는, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell further comprising forming a blocking layer between the conductive transparent substrate and the photoelectrode.
제 21 항에 있어서,
상기 메조 다공성 전이금속 산화물 구조체는, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속의 산화물을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지의 제조 방법.
22. The method of claim 21,
The mesoporous transition metal oxide structure, Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, and these The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising an oxide of the transition metal selected from the group consisting of combinations.
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