KR20150055960A - Dye-sensitized solar cell and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a dye-sensitized solar cell which includes a first substrate, a second substrate which faces the first substrate, a working electrode which is formed on the first substrate, a counter electrode which is formed on the second substrate, and an electrolyte which is filled between the working electrode and the counter electrode and a manufacturing method thereof. The counter electrode includes a conductive polymer layer with an inverse opal structure which is composed of a plurality of hollow parts. The hollow parts are arranged with a hexagonal type. The dye-sensitized solar cell maximizes the surface area of the counter electrode by adopting the conductive polymer layer with the inverse opal structure of a large area as the counter electrode. Thereby, electrochemical activation and light harvesting are improved. Corrosion resistance against iodine electrolytes and economical efficiency are improved by using the conductive polymer by replacing platinum which is used as an existing counter electrode.

Description

염료감응형 태양전지 및 그 제조방법{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}[0001] Description [0002] DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND METHOD FOR PREPARING THE SAME [0003]

본 발명은 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상대전극의 표면적을 극대화하여 전기화학적 활성과 집광효과(light harvesting)가 우수한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell that maximizes the surface area of a counter electrode and has excellent electrochemical activity and light harvesting, .

염료감응형 태양전지(DSSC, Dye-Sensitized Solar Cell)의 상대전극은 외부전극을 통해 전자를 전달받아서, 전해질과 접촉하고 있는 계면에서의 산화-환원 반응을 통해 전해질내의 요오드 이온에 전자를 전달하는 역할을 한다. 따라서, 상대전극은 산화-환원 반응에 대한 촉매 물성을 지녀야 하며, 전해질과 반응하여 열화(劣化)되지 않아야 한다. 또한 산화-환원 커플의 환원시 낮은 전압을 유지해 주고 높은 전기전도도를 지니고 있어야 한다. 이러한 상대전극으로 사용되고 있는 재료로서는 백금(Pt), 은(Ag) 등의 귀금속이 있고, 이 중 가장 널리 이용되는 것이 백금이다. 백금은 전해질을 환원시키는 전기화학적 촉매로서 매우 뛰어난 성능을 보일 뿐만 아니라 내구성이 우수하여, 부식성의 전해질과 함께 사용하는 것이 가능하다. 하지만 상대전극의 촉매작용을 위한 표면적을 증가시키는데 한계가 있어 염료감응형 태양전지의 상용화에 어려움이 있다. 또한, 가격이 비싸다는 단점으로 인해 저가의 안정한 촉매 재료의 개발이 필요하다.The counter electrode of the dye-sensitized solar cell (DSSC) receives electrons through the external electrode and transfers electrons to the iodide ion in the electrolyte through the oxidation-reduction reaction at the interface with the electrolyte It plays a role. Accordingly, the counter electrode should have a catalytic property with respect to the oxidation-reduction reaction, and should not be deteriorated by reacting with the electrolyte. In addition, the reduction of the oxidation-reduction couple should maintain a low voltage and have a high electrical conductivity. As a material used as such a counter electrode, there are noble metals such as platinum (Pt) and silver (Ag), and platinum is the most widely used. Platinum is an electrochemical catalyst for reducing electrolytes, and exhibits excellent performance as well as excellent durability and can be used together with a corrosive electrolyte. However, there is a limit to increase the surface area for catalysis of the counter electrode, making it difficult to commercialize a dye-sensitized solar cell. In addition, due to the disadvantage of high cost, development of low-cost stable catalyst materials is required.

한편, 염료감응형 태양전지를 실용적인 목적으로 생산하는 경우 수명이 매우 중요한 요소가 되기 때문에 이미 안정성 면에서 공인된 바 있는 루테늄계 염료가 주로 사용된다. 전해질의 역할은 상대전극으로부터 전자를 받아 염료를 환원시키는 것인데, 요오드계 전해질이 루테늄계 염료를 환원시키는 능력이 가장 뛰어난 것으로 알려져 있다. 하지만 탄소나 전도성 고분자 등 백금을 대체할 수 있을 것이라고 생각되는 여러 물질들이 요오드 전해질과 접촉했을때 쉽게 부식되어 염료감응형 태양전지의 성능이 저하되게 된다. 하지만 상기 탄소소재 상대전극 적용된 염료감응형 태양전지에서는 일반적으로 사용되는 요오드계 전해질이 아닌 코발트계 전해질이 사용되었다. 물론 전기화학적 촉매작용도 백금에 비해 많이 부족하다. 따라서 이를 개선하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
On the other hand, when a dye-sensitized solar cell is produced for practical purposes, the lifetime is very important factor, so ruthenium-based dyes that have already been approved in terms of stability are mainly used. The role of the electrolyte is to reduce the dye by receiving electrons from the counter electrode. It is known that the iodine electrolyte has the best ability to reduce the ruthenium-based dye. However, various materials that may replace platinum, such as carbon or conductive polymers, are easily corroded when contacted with iodine electrolytes, thereby degrading the performance of dye-sensitized solar cells. However, in the dye-sensitized solar cell applied to the carbon-based counter electrode, a cobalt-based electrolyte, which is not an iodine-based electrolyte generally used, is used. Of course, the electrochemical catalysis is much less than platinum. Therefore, researches are actively carried out to improve these.

본 발명의 목적은 대면적 인버스 오팔 구조를 갖는 전도성 고분자층을 도입하여 상대전극의 표면적을 극대하고, 이로써 전기화학적 활성이 우수한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having a large surface area of a counter electrode by introducing a conductive polymer layer having a large area inverse opal structure and thus having excellent electrochemical activity, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 광 결정(photonic crystal) 구조를 갖는 인버스 오팔 구조를 도입하여 집광효과(light harvesting)가 우수한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having excellent light harvesting by introducing an inverse opal structure having a photonic crystal structure and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 상대전극 재료로 사용하던 백금 등을 대체하여 전도성 고분자를 사용함으로서 경제성이 우수하고, 요오드계 전해질에 내부식성을 갖는 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having excellent economical efficiency by using a conductive polymer instead of platinum or the like used as a counter electrode material and having corrosion resistance to an iodine-based electrolyte, and a method of manufacturing the same. to be.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

본 발명의 하나의 관점은 복수 개의 중공으로 형성된 인버스 오팔 구조(inverse opal structure)를 갖는 전도성 고분자층을 포함하고, 상기 복수 개의 중공은 육방밀집형(hexagonal type)으로 배열된 염료감응형 태양전지용 상대전극에 관한 것이다.One aspect of the present invention includes a conductive polymer layer having an inverse opal structure formed in a plurality of hollows, wherein the plurality of hollows are arranged in a hexagonal type arrangement for a dye-sensitized solar cell Electrode.

상기 전도성 고분자층은 기판의 일면에 형성된 FTO(F-doped SnO2: SnO2:F), ITO, 금속 질화물, 금속 산화물, 또는 탄소화합물을 포함하는 도전층 위에 형성될 수 있다.The conductive polymer layer may be formed on a conductive layer containing FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO, metal nitride, metal oxide, or carbon compound formed on one surface of the substrate.

상기 전도성 고분자층은 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))을 포함할 수 있다.The conductive polymer layer may comprise PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)).

상기 중공의 평균 직경은 200 내지 1000nm일 수 있다.The average diameter of the hollow may be 200 to 1000 nm.

상기 전도성 고분자층의 공극률은 25 내지 75%일 수 있다.The porosity of the conductive polymer layer may be 25 to 75%.

본 발명의 다른 관점은 제1 기판; 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판; 상기 제1 기판상 형성된 작업전극; 상기 제2 기판상 형성된 상대전극; 및 상기 작업전극와 상기 상대전극 사이의 공간을 충진하는 전해질;을 포함하고, 상기 상대전극은 복수 개의 중공으로 형성된 인버스 오팔 구조(inverse opal structure)를 갖는 전도성 고분자층을 포함하며, 상기 복수 개의 중공은 육방밀집형(hexagonal type)으로 배열된 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, A second substrate facing the first substrate; A working electrode formed on the first substrate; A counter electrode formed on the second substrate; And an electrolyte filling a space between the working electrode and the counter electrode, wherein the counter electrode includes a conductive polymer layer having an inverse opal structure formed in a plurality of hollows, To a dye sensitized solar cell arrayed in a hexagonal type.

상기 작업전극은 상기 제1 기판의 일 면에 형성된 제1 도전층; 및 상기 제1 도전층의 일 면에 형성된 광흡수층;을 포함하며, 상기 광흡수층은 금속 산화물 및 상기 금속 산화물에 흡착된 감광성 염료를 포함할 수 있다.Wherein the working electrode comprises: a first conductive layer formed on one surface of the first substrate; And a light absorbing layer formed on one surface of the first conductive layer, wherein the light absorbing layer includes a metal oxide and a photosensitive dye adsorbed on the metal oxide.

상기 금속 산화물은 TiO2, ZnO, ZrO2, MgO, WO3, Nb2O5 및 SnO 으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 포함할 수 있다. The metal oxide may include at least one metal oxide selected from the group consisting of TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , MgO, WO 3 , Nb 2 O 5 and SnO.

상기 감광성 염료는 유-무기 복합염료, 유기 염료 또는 이들의 혼합물이고, 상기 유-무기 복합염료는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서 선택된 원소를 포함하며, 상기 유기염료는 쿠마린계 염료, 인돌계 염료 및 포피린계 염료로 이루어지는 군에서 선택된 염료를 포함할 수 있다.Inorganic hybrid dyes may be selected from the group consisting of aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb) Iridium (Ir), ruthenium (Ru), and a complex thereof. The organic dye may include a dye selected from the group consisting of a coumarin-based dye, an indole-based dye, and a porphyrin-based dye.

상기 상대전극은 상기 제2 기판의 일면에 형성된 제2 도전층; 및 상기 제2 도전층 일 면에 형성된 전도성 고분자층을 포함할 수 있다.The counter electrode may include a second conductive layer formed on one surface of the second substrate; And a conductive polymer layer formed on one surface of the second conductive layer.

상기 제1 도전층 및 제2 도전층은 FTO (F-doped SnO2: SnO2:F), ITO, 금속 질화물, 금속 산화물 또는 탄소화합물을 포함할 수 있다.The first conductive layer and the second conductive layer may include FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO, metal nitride, metal oxide, or carbon compound.

본 발명의 또 다른 관점은 폴리스티렌 템플레이트를 제조하는 단계; 상기 폴리스티렌 템플레이트에 PEDOT을 형성하는 단계; 및 상기 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 단계;를 포함하는 염료감응형 태양전지의 상대전극의 제조방법에 관한 것으로, 상기 폴리스티렌 템플레이트는 도전성 기판상에 PEDOT:PSS로 표면 처리된 폴리스티렌 입자들이 자가 배열되어 제조될 수 있다.Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing a polystyrene template, comprising: preparing a polystyrene template; Forming PEDOT on the polystyrene template; And removing the polystyrene template, wherein the polystyrene template is prepared by self-aligning polystyrene particles surface-treated with PEDOT: PSS on a conductive substrate .

상기 폴리스티렌 템플레이트는 PEDOT:PSS를 1 내지 30 중량% 포함하는 수용액에 폴리스티렌 입자 0.01 내지 10 중량%를 투입하여 분산시킨 후, 도전성 기판을 침지시켜 제조될 수 있다.The polystyrene template may be prepared by adding and dispersing 0.01 to 10% by weight of polystyrene particles in an aqueous solution containing PEDOT: PSS in an amount of 1 to 30% by weight, and then immersing the conductive substrate.

상기 폴리스티렌 입자는 평균입경(D50)이 200 내지 1000nm일 수 있다.The polystyrene particles may have an average particle diameter (D 50 ) of 200 to 1000 nm.

상기 폴리스티렌 템플레이트상에 PEDOT을 형성하는 단계는, 상기 폴리스티렌 템플레이트상에 EDOT(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을 중합하여, 상기 폴리스티렌 템플레이트상에 PEDOT이 침적될 수 있다.The step of forming PEDOT on the polystyrene template may include depositing PEDOT on the polystyrene template by polymerizing EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene) on the polystyrene template.

상기 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 단계는, 상기 PEDOT이 형성된 폴리스티렌 템플레이트를 유기용매에 침지시켜 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 것 일 수 있다.The step of removing the polystyrene template may be to immerse the PEDOT-formed polystyrene template in an organic solvent to remove the polystyrene template.

본 발명의 또 다른 관점은 제1 기판상에 작업전극을 형성하는 단계; 제2 기판상에 상대전극을 형성하는 단계; 및 상기 상대전극과 상기 작업전극 사이의 공간을 전해질로 충진하는 단계;를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing a plasma display panel, comprising: forming a working electrode on a first substrate; Forming a counter electrode on a second substrate; And filling a space between the counter electrode and the working electrode with an electrolyte. The present invention also relates to a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell.

본 발명의 염료감응형 태양전지는 대면적 인버스 오팔 구조를 갖는 전도성 고분자층을 상대전극으로 도입하여 상대전극의 표면적을 극대화할 수 있고, 이로써 전기 화학적 활성 및 집광효과(light harvesting)가 우수하며, 종래 상대전극 재료로 사용하던 백금 등을 대체하여 전도성 고분자를 사용함으로서 경제성 및 요오드계 전해질에 대한 내부식성이 우수한 효과를 갖는다.
The dye-sensitized solar cell of the present invention can maximize the surface area of a counter electrode by introducing a conductive polymer layer having a large-area inverted opal structure into a counter electrode, thereby achieving excellent electrochemical activity and light harvesting, The conductive polymer is used in place of platinum, which is conventionally used as a counter electrode material, and thus, it has an economical effect and an excellent corrosion resistance against an iodine electrolyte.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 염료감응형 태양전지 개념도를 나타낸 것이다.
도 2 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 구체예에 따른 상대전극의 제조단계 (S1) 내지 (S3)를 각각 나타낸 것이다.
도 3 (a)는 실시예 1에 따른 폴리스티렌 템플레이트의 제조단계 및 PEDOT 침적 단계를 개략적으로 나타낸 개념도이며, (b)는 비교예 1에 따라 폴리스티렌 템플레이트를 사용하지 않고 EDOT을 전기 침적하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 반사율 측정한 후 그 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
1 is a conceptual diagram of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 (a) to 2 (c) show steps (S1) to (S3) of manufacturing a counter electrode according to an embodiment of the present invention, respectively.
Figure 3 (a) shows the preparation of the polystyrene template according to Example 1 and the PEDOT deposition   (B) is a conceptual diagram showing a process of electrodepositing EDOT without using a polystyrene template according to Comparative Example 1. [0050] FIG.
Fig. 4 is a graph showing the results of reflectance measurements of Example 1 and Comparative Example 1.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.Embodiments of the present application will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the techniques disclosed in the present application are not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. It should be understood, however, that the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the width, thickness, and the like of the components are enlarged in order to clearly illustrate the components of each device. In addition, although only a part of the components is shown for convenience of explanation, those skilled in the art will be able to easily grasp the rest of the components. It is to be understood that when an element is described above as being located above or below another element, it is to be understood that the element may be directly on or under another element, It means that it can be done. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. In the drawings, the same reference numerals denote substantially the same elements.

 

염료감응형 태양전지Dye-sensitized solar cell

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 염료감응형 태양전지 개념도를 나타낸 것으로, 이를 참고하여 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 기판(110); 제1 기판(110)과 대향하는 제2 기판(170); 제1 기판(110)에 형성된 작업전극(180); 제2 기판(170)에 형성된 상대전극(190); 및 작업전극(180)과 상대전극(190) 사이의 공간을 충진하는 전해질(140);을 포함하고, 상기 상대전극(190)은 복수 개의 중공(hollow)으로 형성된 인버스 오팔 구조(inverse opal structure)를 갖는 전도성 고분자층(150)을 포함할 수 있다. A dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first substrate 110; A second substrate 170 facing the first substrate 110; A working electrode 180 formed on the first substrate 110; A counter electrode 190 formed on the second substrate 170; And an electrolyte 140 filling a space between the working electrode 180 and the counter electrode 190. The counter electrode 190 has a plurality of hollow inverse opal structures, The conductive polymer layer 150 may be formed of a conductive polymer.

전도성 고분자층(150)은 대면적 인버스 오팔 구조를 가질 수 있으며, 이로 인하여 상대전극의 표면적을 극대화할 수 있고, 이로써 전기화학적 활성 및 집광효과(light havesting)를 개선할 수 있다.The conductive polymer layer 150 may have a large area inverse opal structure, thereby maximizing the surface area of the counter electrode, thereby improving electrochemical activity and light havesting.

본 발명에서 상기 인버스 오팔 구조는 후술될 폴리스티렌 템플레이트에 의하여 형성된 복수 개의 중공이 일정한 규칙성을 가지고 배열된 구조를 의미한다. In the present invention, the inverse opal structure means a structure in which a plurality of hollows formed by a polystyrene template, which will be described later, are arranged with regular regularity.

일 구체예로서, 상기 복수 개의 중공은 인접하는 중공들의 육방밀집형(hexagonal type)으로 배열될 수 있다. 본 발명에서 육방밀집형(hexagonal type) 배열이란 하나의 중공을 에워싸는 인접한 6개의 중공들이 육각 구조로 배열된 구조를 의미한다.In one embodiment, the plurality of hollows may be arranged in a hexagonal type of adjacent hollows. In the present invention, a hexagonal type arrangement means a structure in which six adjacent hollows surrounding a hollow are arranged in a hexagonal structure.

상기 전도성 고분자층은 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))을 포함할 수 있다.The conductive polymer layer may comprise PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)).

상기 전도성 고분자층은 도전층 위에 복수 개의 중공이 육방밀집형으로 배열된 층이 다층(multi-layer)으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.The conductive polymer layer may include a multi-layered structure in which a plurality of hollows are arranged in a hexagonal pattern on the conductive layer.

상기 중공의 평균 직경은 200 내지 1000nm일 수 있으며, 상기 전도성 고분자층의 두께는 1 내지 50㎛일 수 있다. The average diameter of the hollow may be 200 to 1000 nm, and the thickness of the conductive polymer layer may be 1 to 50 탆.

상기 전도성 고분자층의 공극률은 25 내지 75%일 수 있다. 상기 전도성 고분자층의 공극률 = (전도성 고분자층의 부피-중공이 차지하는 부피)/전도성 고분자층의 부피로 정의할 수 있다.The porosity of the conductive polymer layer may be 25 to 75%. The porosity of the conductive polymer layer = (volume of the conductive polymer layer - volume occupied by the hollow) / volume of the conductive polymer layer.

작업전극(180)은 제1 기판(110)의 일 면에 형성된 제1 도전층(120); 및 제1 도전층(120)의 일 면에 형성된 광흡수층(130)을 포함할 수 있다.The working electrode 180 includes a first conductive layer 120 formed on one surface of the first substrate 110; And a light absorbing layer 130 formed on one surface of the first conductive layer 120.

광흡수층(130)은 전자를 발생시키는 층으로서, 복수 개의 금속 산화물 입자(131) 및 금속 산화물 입자(131)에 흡착된 감광성 염료(133)를 포함할 수 있다. 상기 광흡수층의 두께는 1 내지 50㎛일 수 있다.The light absorbing layer 130 may include a plurality of metal oxide particles 131 and a photosensitive dye 133 adsorbed to the metal oxide particles 131 as a layer for generating electrons. The thickness of the light absorbing layer may be 1 to 50 mu m.

금속 산화물(131)은 TiO2, ZnO, ZrO2, MgO, WO3, Nb2O5 및 SnO 으로 이루어지는 군에서 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속산화물 입자의 형상은 구형, 선형, 로드(rod)형 또는 튜브형일 수 있다. 바람직하게, 상기 금속산화물 입자의 직경은 1㎚ 내지 300 ㎚일 수 있다.The metal oxide 131 may include one or more materials selected from the group consisting of TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , MgO, WO 3 , Nb 2 O 5 and SnO. The shape of the metal oxide particles may be spherical, linear, rod-like or tubular. Preferably, the diameter of the metal oxide particles may be 1 nm to 300 nm.

감광성 염료(133)는 가시광선을 흡수할 수 있는 염료를 사용할 수 있으며, 예를 들면 금속 또는 금속 복합체를 포함하는 유-무기 복합염료, 유기 염료 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 유-무기 복합염료는 예로서 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서 선택된 원소를 포함하는 유-무기 복합염료일 수 있고, 상기 유기염료는 예로서 쿠마린계 염료, 인돌계 염료 및 포피린계 염료 등으로 이루어 지는 군에서 선택된 염료일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.  The photosensitive dye 133 may be a dye capable of absorbing visible light, and may include, for example, an organic-inorganic composite dye including a metal or a metal complex, an organic dye, or a mixture thereof. The organic-inorganic hybrid dyes include, for example, a group consisting of aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir), ruthenium Inorganic composite dyes including an element selected from the group consisting of coumarin dyes, indole dyes and porphyrin dyes, but the present invention is not limited thereto .  

상기 감광성 염료를 TiO2 등과 같은 금속산화물 입자의 표면에 흡착시켜 광흡수층을 형성한 후에, 상기 광흡수층에 가시광선 파장 영역의 외부광원이 조사될 수 있는 환경을 만들어 주면, 상기 감광성 염료는 광흡수에 의해 여기상태로 되고 전자들을 발생시킬 수 있다.When the photosensitive dye is adsorbed on the surface of metal oxide particles such as TiO 2 to form a light absorbing layer and then an external light source in the visible light wavelength region is irradiated to the light absorbing layer, Lt; RTI ID = 0.0 > electrons. ≪ / RTI >

본 발명에서 상대전극(190)은 제2 기판(170)의 일면에 형성된 제2 도전층(160) 및 제2 도전층(160) 상에 형성된 전도성 고분자층(150)로 정의할 수 있다.The counter electrode 190 may be defined as a second conductive layer 160 formed on one side of the second substrate 170 and a conductive polymer layer 150 formed on the second conductive layer 160.

제1 기판(110) 및 제2 기판(170)은 유리 또는 석영판일 수 있으며, 이외에 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthelate), PP(polyperopylene), PI(polyimide), PC(polycarbornate), PS(polystyrene), PMMA(poly(methylmethacrylate)), POM(polyoxyethylene), AS 수지, ABS 수지 및 TAC(Triacetyl cellulose) 등을 포함하는 플라스틱과 같은 유연하고 투명한 물질로 제조될 수 있다. The first substrate 110 and the second substrate 170 may be glass or quartz and may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PEN), polyethylene naphthalate (PEN), polyperopylene (PP), polyimide (PI), polycarbornate transparent materials such as polystyrene, polystyrene, poly (methylmethacrylate), polyoxyethylene (POM), AS resin, ABS resin, and TAC (triacetyl cellulose).

제1 도전층(120) 및 제2 도전층(160)은 FTO (F-doped SnO2: SnO2:F), ITO, 금속 질화물, 금속 산화물 또는 탄소화합물과 같은 투명 전도성 물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정, PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정, 스퍼터링(Sputtering) 공정, 이빔(e-beam) 공정, 열 증착 공정, 스핀코팅 공정, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포하거나 필름형태로 코팅하여 형성될 수 있다. The first conductive layer 120 and the second conductive layer 160 may be formed by depositing a transparent conductive material such as FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO, metal nitride, metal oxide, Chemical vapor deposition (PECVD) process, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, a sputtering process, an e-beam process, a thermal deposition process, a spin coating process, a screen printing process, an inkjet printing process, Or by coating on one side of the substrate or by coating in the form of a film.

전해질(140)은 통상의 염료감응 태양전지에 사용 가능한 산화-환원 유도체라면 특히 한정되지 않는다. 구체적으로, 산화-환원 유도체는 요오드(I)계, 브롬(Br)계, 코발트(Co)계, 황화시안(SCN - )계, 셀레늄화시안(SeCN - )계를 함유하는 전해질로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. The electrolyte 140 is not particularly limited as long as it is an oxidation-reduction derivative that can be used in a conventional dye-sensitized solar cell. Specifically, the redox derivative is iodine (I) system, a bromine (Br) based, cobalt (Co) based, thiocyanate from the group consisting of an electrolyte containing system (SCN - -) type, selenide cyan (SeCN) It is preferable to select at least one kind.

상술한 바와 같이, 본 발명의 인버스 오팔 구조를 갖는 전도성 고분자층을 포함하는 상대 전극은 표면적이 극대화될 수 있고, 이로 인하여 전기화학적 활성을 향상시킬 수 있다.As described above, the counter electrode including the conductive polymer layer having the inverse opal structure of the present invention can maximize the surface area, thereby improving the electrochemical activity.

또한, 작업전극으로 입사된 광은 전해질을 통과하여 상대전극에 도달하게 되는데, 상대전극에서 도달된 광이 반사된다면(back reflector), 반사된 광이 전자를 발생시키는 작업전극으로 회귀하여 재이용될 수 있으므로 보다 효율적으로 입사광을 이용할 수 있으며, 작업전극이 흡수할 수 있는 광량을 높여줄 수 있다. The light incident on the working electrode passes through the electrolyte and reaches the counter electrode. When the light arriving from the counter electrode is reflected, the reflected light returns to the working electrode generating electrons and can be reused Therefore, the incident light can be used more efficiently and the amount of light absorbed by the working electrode can be increased.

또한, 인버스 오팔 구조를 형성하는 중공의 입경을 조절하여 반사되는 파장의 범위를 제어할 수 있으므로 광량을 컨트롤할 수 있다는 이점을 가질 수 있다.In addition, since the range of the wavelength to be reflected can be controlled by adjusting the particle diameter of the hollow that forms the inverse opal structure, the light amount can be controlled.

결론적으로, 상술한 인버스 오팔 구조는 상대전극의 표면적을 증가시키며, 이로 인하여 전류 밀도가 향상되고 변환효율이 증대될 수 있다. 또한 상기 인버스 오팔 구조는 단파장의 반사율을 증가시켜 작업전극의 집광효과(light harvesting)를 보다 증대시킬 수 있다.In conclusion, the inverse opal structure described above increases the surface area of the counter electrode, thereby improving the current density and increasing the conversion efficiency. In addition, the inverse opal structure can increase the light harvesting of the working electrode by increasing the reflectance of the short wavelength.

 

염료감응형 태양전지의 제조방법Method for manufacturing dye-sensitized solar cell  

본 발명의 일 구체예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 제1 기판상 작업전극을 형성하는 단계; 제2 기판상 상대전극을 형성하는 단계; 및 상기 상대전극과 상기 작업전극 사이의 공간을 전해질로 충진하는 단계;를 포함할 수 있다.A method of fabricating a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention includes: forming a working electrode on a first substrate; Forming a counter electrode on a second substrate; And filling a space between the counter electrode and the working electrode with an electrolyte.

상기 상대전극은 폴리스티렌 템플레이트를 제조하는 단계(S1); 상기 폴리스티렌 템플레이트에 PEDOT을 형성하는 단계(S2); 및 상기 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 단계(S3);를 포함하여 제조될 수 있다.Wherein the counter electrode comprises: (S1) preparing a polystyrene template; Forming (S2) PEDOT on the polystyrene template; And removing the polystyrene template (S3).

도 2 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 구체예에 따른 상대전극의 제조단계 (S1) 내지 (S3)를 각각 나타낸 것이다. 도 2 (a)는 (S1) 단계에 따라 제조된 폴리스티렌 템플레이트를 나타낸 것으로, PEDOT:PSS로 표면처리된 폴리스티렌 입자들(151)이 도전층(160)이 형성된 기판(170) 상에 자가 배열되어 폴리스티렌 템플레이트(155)가 형성된 것을 나타낸 것이다. 이하, 기판 및 상기 기판상에 형성된 도전층을 도전성 기판으로 정의하기로 한다. 2 (a) to 2 (c) show steps (S1) to (S3) of manufacturing a counter electrode according to an embodiment of the present invention, respectively. 2 (a) shows a polystyrene template prepared according to step (S1). Polystyrene particles surface-treated with PEDOT: PSS are self-aligned on a substrate 170 on which a conductive layer 160 is formed Polystyrene template 155 is formed. Hereinafter, the substrate and the conductive layer formed on the substrate will be defined as a conductive substrate.

일 구체예로서, 상기 (S1) 단계는 PEDOT:PSS를 1 내지 30 중량% 포함하는 용매에 폴리스티렌 입자 0.01 내지 10 중량%를 투입하여 분산시킨 후, 도전성 기판을 침지시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 증류수 및 메탄올, 에탄올 등의 알코올류를 사용할 수 있다.  In one embodiment, the step (S1) may be performed by adding 0.01 to 10% by weight of polystyrene particles to a solvent containing 1 to 30% by weight of PEDOT: PSS followed by dispersing and then immersing the conductive substrate. As the solvent, distilled water and alcohols such as methanol and ethanol can be used.

폴리스티렌 입자(151)는 평균입경(D50)은 200 내지 1000nm일 수 있으며, 폴리스티렌 템플레이트(155)의 층 두께는 1 내지 50㎛일 수 있다. The polystyrene particles 151 may have an average particle diameter (D50) of 200 to 1000 nm, and the layer thickness of the polystyrene template 155 may be 1 to 50 mu m.

상기와 같이 폴리스티렌 입자를 PEDOT:PSS로 표면처리시, 상기 표면처리된 폴리스티렌 입자들이 일정한 규칙성을 가지고 도전성 기판상에 배열될 수 있다. 만약, PEDOT:PSS로 표면 처리하지 않은 폴리스티렌 입자를 이용하여 폴리스티렌 템플레이트를 제조하는 경우에는 비전도성 폴리스티렌 템플레이트가 EDOT의 전기 중합을 막기 때문에 템플레이트가 들리면서 기판과 PEDOT의 계면 접촉성이 저하될 수 있다. 또한, 폴리스티렌 템플레이트없이 EDOT을 도전성 기판에 전기 침적 등으로 중합하는 경우, 도전성 기판에 PEDOT이 뭉쳐서 형성될 수 있으며 인버스 오팔 구조와 같이 규칙적인 구조를 갖는 전도성 고분자층의 제조가 불가하다.When the polystyrene particles are surface-treated with PEDOT: PSS as described above, the surface-treated polystyrene particles can be arranged on the conductive substrate with regular regularity. If a polystyrene template is prepared using polystyrene particles not surface-treated with PEDOT: PSS, the non-conductive polystyrene template prevents electro-polymerization of the EDOT, so that the interface between the substrate and the PEDOT may deteriorate as the template sounds . In addition, when EDOT is polymerized on a conductive substrate by electrodeposition or the like without a polystyrene template, PEDOT can be formed on the conductive substrate and a conductive polymer layer having a regular structure like an inverse opal structure can not be produced.

도 2(b)는 (S2) 단계에 따라 폴리스티렌 템플레이트 상에 형성된 PEDOT(157)을 나타낸 것이다. PEDOT(157)은 폴리스티렌 템플레이트상에 EDOT(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을 중합하여 형성할 수 있다.FIG. 2 (b) shows the PEDOT 157 formed on the polystyrene template according to step (S2). PEDOT (157) can be formed by polymerizing EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene) on a polystyrene template.

도 2(c)는 (S3) 단계에 따라 폴리스티렌 템플레이트가 제거된 것을 나타낸 것으로, 폴리스티렌 입자(151)를 제거함으로써 복수 개의 중공(153)이 생성되고, 이로써 인버스 오팔 구조를 갖는 전도성 고분자층(150)이 형성된 것을 나타낸 것이다.2C shows that the polystyrene template is removed according to the step S3. By removing the polystyrene particles 151, a plurality of hollows 153 are generated, thereby forming a conductive polymer layer 150 having an inverse opal structure ).

상기 폴리스티렌 템플레이트는 (S2) 단계에 의하여 PEDOT이 형성된 폴리스티렌 템플레이트를 톨루엔 등의 유기용매에 침지시켜 폴리스티렌 템플레이트만을 선택적으로 제거할 수 있으며, 저온 열처리 후 방치하여 잔류하는 유기용매를 제거함으로서 인버스 오팔 구조가 형성된 상대전극을 제조할 수 있다.In the polystyrene template, only the polystyrene template can be selectively removed by immersing the polystyrene template formed with PEDOT in an organic solvent such as toluene by the step (S2). After the low temperature heat treatment, the residual organic solvent is removed, The formed counter electrode can be produced.

상기 작업전극이 형성된 기판은 도전성 기판 상에 금속 산화물을 포함하는 페이스트를 코팅 후 열처리 하고, 감광성 염료를 증착시켜 광흡수층을 형성함으로써 제조될 수 있다.The substrate on which the working electrode is formed may be manufactured by coating a paste containing a metal oxide on a conductive substrate, followed by heat treatment, and depositing a photosensitive dye to form a light absorption layer.

이후, 상기 제조된 작업전극과 상대전극 사이의 공간을 전해질로 충진함으로써 염료감응형 태양전지의 제조가 완료될 수 있다.Then, the space between the prepared working electrode and the counter electrode is filled with an electrolyte to complete the manufacture of the dye-sensitized solar cell.

 

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

실시예 1  Example 1

상대전극의 제조Production of counter electrode

폴리스티렌 템플레이트의 제조 : 0.5 중량%의 비이온성 계면활성제(Igepal® Co-30, 시그마 알드리치社) 0.36g과 10 중량% PEDOT:PSS(시그마 알드리치社) 80 mL가 혼합된 수용액에 폴리스티렌(Alfa Aeser社) 0.5g을 투입한 후 30 분 동안 초음파(ultra-sonication) 분산시켰다. 상기 분산 용액에 FTO 유리기판(Perkington社, USA)을 수직으로 세워 넣고, 65℃ 오븐(Daihan Scientific, 한국)에서 건조시킨 후 FTO 기판에 PEDOT:PSS가 표면 코팅된 폴리스티렌 입자가 자가 배열된 폴리스티렌 템플레이트를 수득하였다.Preparation of polystyrene template: To a solution of 0.36 g of a nonionic surfactant (Igepal Co-30, Sigma Aldrich) of 0.5% by weight and 80 ml of 10% PEDOT: PSS (Sigma Aldrich) ) Was added thereto, followed by ultra-sonication for 30 minutes. An FTO glass substrate (Perkington, USA) was vertically placed in the dispersion solution and dried in an oven at 65 ° C (Daihan Scientific, Korea). Then, polystyrene templates self-arrayed with PEDOT: PSS- ≪ / RTI >

PEDOT의 침적 : 상기 제조된 템플레이트는 작업전극으로 사용하고, 백금(Pt) 플레이트와 Ag/AgCl (sat. KOH)전극을 각각 상대전극과 기준전극으로 사용하였다. 상기 3 전극과 EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene, Sigma Aldrich社) 0.05 M, sodium dodecyl sulfate(99%, Fluka社) 0.007 M, 및 LiClO 4  (99.5%, Sigma Aldrich) 0.1 M이 용해된 증류수를 전해질로 사용하여 3전극 셀을 구성하였다. Deposition of PEDOT: The prepared template was used as a working electrode, and a platinum (Pt) plate and an Ag / AgCl (sat. KOH) electrode were used as a counter electrode and a reference electrode, respectively. The distilled water in which the above three electrodes were dissolved and 0.05 M of EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene, Sigma Aldrich), 0.007 M of sodium dodecyl sulfate (99%, Fluka) and 0.1 M of LiClO 4 (99.5%, Sigma Aldrich) To form a three-electrode cell.

상기 3전극 셀에 Cyclic Voltammetry(Autolab potentiostat PGSTAT128N)을 구동하여 EDOT을 전기 중합하여 PEDOT을 상기 폴리스티렌 템플레이트 기판상에 침적시켰다. Cyclic Voltammetry (Autolab potentiostat PGSTAT128N) was driven on the three-electrode cell to electro-polymerize EDOT to deposit PEDOT on the polystyrene template substrate.

폴리스티렌 템플레이트 제거 : PEDOT이 침적된 템플레이트 기판을 톨루엔(99.8%, 시그마 알드리치社)에 12시간 침지하여 폴리스티렌 템플레이트를 녹여낸 뒤, 65℃ 오븐에서 24시간 방치 후 잔류하는 톨루엔을 제거하여 인버스 오팔 구조가 형성된 상대전극을 제조하였다.Removal of Polystyrene Template: PEDOT-immersed template substrate was immersed in toluene (99.8%, Sigma Aldrich) for 12 hours to dissolve the polystyrene template, then left in an oven at 65 ° C for 24 hours to remove residual toluene to form an inverse opal structure A counter electrode was prepared.

작업전극의 제조Manufacture of working electrode

TiO2 페이스트(Ti-nanoxide D/SP, Solaronix Co.)를 FTO 기판(Perkington社, USA)에 인쇄하고, 450℃에서 열처리한 후 24시간 동안 염료(N719 dye (Ru[LL-(NCS)2], L=2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, L’=2,2’-bipyridyl-4,4'-ditetrabutylammonium carboxylate, 0.5 mM, Solaronix Co.)를 흡착시켜 작업전극을 제조하였다.TiO 2 paste (Ti-nanoxide D / SP, manufactured by Solaronix Co.) was printed on an FTO substrate (Perkington, USA) and heat treated at 450 ° C. and then dyed (N719 dye (Ru [LL ' 2 ', L = 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid, L' = 2,2'-bipyridyl-4,4'-ditetrabutylammonium carboxylate, 0.5 mM, Solaronix Co.) .

전해질의 충진Electrolyte filling

상기 제조된 상대전극과 작업전극 사이에 1-methyl-3-propylimidazolium iodide(시그마 알드리치社) 0.6 M, LiI(시그마 알드리치社) 0.1 M , I 2 (시그마 알드리치社) 0.05 M, 및 tert-butyl pyridine(시그마 알드리치社) 0.5 M이 용해된 Methoxypropionitrile(시그마 알드리치社)을 전해질로 충진시켜 염료감응형 태양전지를 제조하였다.0.6 M of 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (Sigma Aldrich), 0.1 M of LiI (Sigma Aldrich), 0.05 M of I 2 (Sigma Aldrich), and tert-butyl pyridine (Sigma Aldrich) 0.5 M dissolved in methanol was filled with an electrolyte to prepare a dye-sensitized solar cell.

도 3 (a)는 실시예 1에 따른 폴리스티렌 템플레이트의 제조단계 및 PEDOT의 침적 단계를 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 4는 실시예 1의 반사율을 측정한 후 그 결과를 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 3 (a) is a conceptual view schematically showing a step of preparing a polystyrene template and a step of depositing PEDOT according to the first embodiment. FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the reflectance of the first embodiment.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 상대전극 제조시 템플레이트 없이 EDOT 전기 침적만으로 제조된 PEDOT 전극을 작업전극으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 염료감응형 태양전지를 제조하였다.A dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that a PEDOT electrode prepared by only EDOT electrodeposition without a template was used as a working electrode in Example 1.

도 3 (b)는 비교예 1에 따라 폴리스티렌 템플레이트를 사용하지 않고 EDOT을 전기 침적하는 과정을 나타낸 개념도이며, 도 4는 비교예 1의 반사율을 측정한 후 그 결과를 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 3 (b) is a conceptual diagram showing a process of electrodepositing EDOT without using a polystyrene template according to Comparative Example 1, and FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the reflectance of Comparative Example 1.

 

물성 측정 방법How to measure property

개방전압 V oc (V), 전류밀도 J s c  (mA·cm-2), Fill Factor 및 변환효율 η (%)  은 염료감응형 태양전지 소자를 만든 뒤, 솔라 시뮬레이터로 빛을 조사하면서  500 W 제논 램프(Xenon lamp)(XIL model 05A50KS source units, JAPAN)로 측정하였다.  Open-circuit voltage V oc (V), current density J s c   (mA · cm -2 ), fill factor and conversion efficiency η (%) were measured using a solar simulator with a 500 W xenon lamp (XIL model 05A50KS source units, JAPAN).  

반사율은 UV/Vis/NIR spectrometer(JASCO V-670, 일본)를 이용하여 상대전극의 200 내지 900nm 파장 영역에서 측정하였으며, 측정 결과를 도 4의 그래프로 나타내었다.The reflectance was measured in the wavelength range of 200 to 900 nm of the counter electrode using a UV / Vis / NIR spectrometer (JASCO V-670, Japan). The measurement results are shown in the graph of FIG.

폴리스티렌 템플레이트 및 상대전극 인버스 오팔 구조 : 전계방사형 전자현미경(FE-SEM, SUPRA 55VP(Carl Zeiss, Germany))을 이용하여 촬영하였다. Polystyrene template and counter electrode inverse opal structure: Scanning with a field-emission electron microscope (FE-SEM, SUPRA 55VP (Carl Zeiss, Germany)).

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1
폴리스티렌
템플레이트

polystyrene
Template

Figure pat00001
Figure pat00001
-- 상대전극Counter electrode
Figure pat00002
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00003
V oc (V) V oc (V) 0.750.75 0.830.83 J sc (mA·cm-2) J sc (mA · cm -2 ) 10.5910.59 4.184.18 FFFF 0.740.74 0.700.70 η (%) (%) 5.95.9 2.42.4

상기 표 1의 결과에서 보듯이, 폴리스티렌 템플레이트를 사용하여 대면적 인버스 오팔 구조를 갖는 전도성 고분자층으로 형성된 상대전극을 포함하는 실시예 1의 염료감응형 태양전지는 폴리스티렌 템플레이트없이 EDOT 전기 침적만으로 제조된 비교예 2의 염료감응형 태양전지에 비하여 개방전압(Voc)이 낮고 전류밀도(Jsc)가 높으며, Fill Factor 및 변환효율이 우수한 것을 알 수 있다. As can be seen from the results of Table 1, using a polystyrene template   The dye-sensitized solar cell of Example 1 including a counter electrode formed of a conductive polymer layer having a large-area inverse opal structure had an open-circuit voltage (&thetas; Voc) is low, the current density (Jsc) is high, and the fill factor and conversion efficiency are excellent.

또한, 도 4의 그래프에서 보듯이, 실시예 1의 상대전극은 인버스 오팔 구조를 가지므로 비교예 1에 비하여 특정 파장 영역, 예를 들면 200 내지 400nm에서 반사율이 우수하며 집광효과(light harvesting)가 우수한 것을 알 수 있다.
In addition, as shown in the graph of FIG. 4, the counter electrode of Example 1 has an inverse opal structure, so that the reflectance is excellent at a specific wavelength region, for example, 200 to 400 nm, and light harvesting It can be seen that it is excellent.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (17)

복수 개의 중공으로 형성된 인버스 오팔 구조(inverse opal structure)를 갖는 전도성 고분자층을 포함하고,
상기 복수 개의 중공은 육방밀집형(hexagonal type)으로 배열된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지용 상대전극.
And a conductive polymer layer having an inverse opal structure formed in a plurality of hollows,
Wherein the plurality of hollows are arranged in a hexagonal type.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자층은
기판의 일면에 형성된 FTO(F-doped SnO2: SnO2:F), ITO, 금속 질화물, 금속 산화물, 또는 탄소화합물을 포함하는 도전층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지용 상대전극.
The method according to claim 1,
The conductive polymer layer
A counter electrode for a dye-sensitized solar cell, which is formed on a conductive layer containing FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO, metal nitride, metal oxide, or carbon compound formed on one surface of a substrate.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자층은 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지용 상대전극.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive polymer layer comprises PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)).
제1항에 있어서,
상기 중공의 평균 직경은 200 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지용 상대전극.
The method according to claim 1,
Wherein the hollow has an average diameter of 200 to 1000 nm.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자층의 공극률은 25 내지 75%인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지용 상대전극.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive polymer layer has a porosity of 25 to 75%.
제1 기판;
상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판;
상기 제1 기판상 형성된 작업전극;
상기 제2 기판상 형성된 제 1항 내지 제5항 중 어느 하나의 상대전극; 및
상기 작업전극과 상기 상대전극 사이의 공간을 충진하는 전해질;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
A first substrate;
A second substrate facing the first substrate;
A working electrode formed on the first substrate;
A counter electrode of any one of claims 1 to 5 formed on the second substrate; And
An electrolyte filling a space between the working electrode and the counter electrode;
And a dye-sensitized solar cell.
제6항에 있어서,
상기 작업전극은
상기 제1 기판의 일 면에 형성된 제1 도전층; 및
상기 제1 도전층의 일 면에 형성된 광흡수층;을 포함하며,
상기 광흡수층은 금속 산화물 및 상기 금속 산화물에 흡착된 감광성 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
The method according to claim 6,
The working electrode
A first conductive layer formed on one surface of the first substrate; And
And a light absorbing layer formed on one surface of the first conductive layer,
Wherein the light absorbing layer comprises a metal oxide and a photosensitive dye adsorbed on the metal oxide.
제7항에 있어서,
상기 금속 산화물은 TiO2, ZnO, ZrO2, MgO, WO3, Nb2O5 및 SnO 으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. 
8. The method of claim 7,
The metal oxide is TiO 2, ZnO, ZrO 2, MgO, WO 3, Nb 2 O 5 , and the dye-sensitized solar cell, comprising a step of including at least one metal oxide selected from the group consisting of SnO.
제7항에 있어서,
상기 감광성 염료는 유-무기 복합염료, 유기 염료 또는 이들의 혼합물이고,
상기 유-무기 복합염료는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서 선택된 원소를 포함하며,
상기 유기염료는 쿠마린계 염료, 인돌계 염료 및 포피린계 염료로 이루어지는 군에서 선택된 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
8. The method of claim 7,
The photosensitive dye is an organic-inorganic composite dye, an organic dye or a mixture thereof,
Wherein the organic-inorganic composite dye is selected from the group consisting of aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir), ruthenium ≪ / RTI >
Wherein the organic dye comprises a dye selected from the group consisting of coumarin-based dyes, indole-based dyes and porphyrin-based dyes.
제6항에 있어서,
상기 상대전극은 상기 제2 기판의 일면에 형성된 제2 도전층; 및 상기 제2 도전층 일면에 형성된 전도성 고분자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
The method according to claim 6,
The counter electrode may include a second conductive layer formed on one surface of the second substrate; And a conductive polymer layer formed on one surface of the second conductive layer.
제7항 또는 제10항에 있어서,
상기 제1 도전층 및 제2 도전층은 FTO(F-doped SnO2: SnO2:F), ITO, 금속 질화물, 금속 산화물 또는 탄소화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
11. The method according to claim 7 or 10,
Wherein the first conductive layer and the second conductive layer include FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO, metal nitride, metal oxide, or carbon compound.
폴리스티렌 템플레이트를 제조하는 단계; 상기 폴리스티렌 템플레이트상 PEDOT을 형성하는 단계; 및 상기 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 폴리스티렌 템플레이트는 도전성 기판상에 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)):PSS(폴리(스티렌설포네이트))으로 표면처리된 폴리스티렌 입자들이 자가 배열되어 제조되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극의 제조방법.
Preparing a polystyrene template; Forming a PEDOT on the polystyrene template; And removing the polystyrene template,
The polystyrene template is prepared by self-aligning polystyrene particles surface-treated with PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)): PSS (poly (styrenesulfonate)) on a conductive substrate. Type solar cell relative electrode.
제12항에 있어서,
상기 폴리스티렌 템플레이트는 PEDOT:PSS 1 내지 30 중량% 포함하는 수용액에 폴리스티렌 입자 0.01 내지 10 중량%를 투입하여 분산시킨 후,
도전성 기판을 침지시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The polystyrene template is prepared by dispersing 0.01 to 10% by weight of polystyrene particles in an aqueous solution containing 1 to 30% by weight of PEDOT: PSS,
Wherein the electrode is manufactured by dipping a conductive substrate.
제12항에 있어서,
상기 폴리스티렌 입자는 평균입경(D50)이 200 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the polystyrene particles have an average particle diameter (D50) of 200 to 1000 nm.
제12항에 있어서,
상기 폴리스티렌 템플레이트상에 PEDOT을 형성하는 단계는,
상기 폴리스티렌 템플레이트상에 EDOT(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을 중합하여, 상기 폴리스티렌 템플레이트상에 PEDOT이 침적되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein forming the PEDOT on the polystyrene template comprises:
Wherein PEDOT is deposited on the polystyrene template by polymerizing EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene) on the polystyrene template.
제12항에 있어서,
상기 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 단계는,
상기 PEDOT이 형성된 폴리스티렌 템플레이트를 유기용매에 침지시켜 폴리스티렌 템플레이트를 제거하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein removing the polystyrene template comprises:
Wherein the polystyrene template having the PEDOT formed thereon is immersed in an organic solvent to remove the polystyrene template.
제1 기판상에 작업전극을 형성하는 단계; 제2 기판상에 상대전극을 형성하는 단계; 및 상기 상대전극과 상기 작업전극 사이의 공간을 전해질로 충진하는 단계;를 포함하고,
상기 상대전극은 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
Forming a working electrode on the first substrate; Forming a counter electrode on a second substrate; And filling a space between the counter electrode and the working electrode with an electrolyte,
Wherein the counter electrode is manufactured by the manufacturing method of any one of claims 12 to 16.
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