KR20180029757A - Preparation method of a counter electrode for dye-sensitized solar cell, a counter electrode fabricated thereby and dye-sensitized solar cell comprising said counter electrode - Google Patents

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KR20180029757A
KR20180029757A KR1020160118256A KR20160118256A KR20180029757A KR 20180029757 A KR20180029757 A KR 20180029757A KR 1020160118256 A KR1020160118256 A KR 1020160118256A KR 20160118256 A KR20160118256 A KR 20160118256A KR 20180029757 A KR20180029757 A KR 20180029757A
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이재준
김재천
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a dye-sensitized solar cell counter electrode manufacturing method, a solar cell counter electrode manufactured by the method and a dye-sensitized solar cell including the counter electrode. More specifically, the dye-sensitized solar cell includes the counter electrode having an excellent catalyst feature, an excellent electrical feature and excellent bonding power to a substrate to obtain longtime stability and be manufactured at low temperatures so as to applicable to a flexible substrate like plastic and fiber. Graphene/PEDOT instead of a platinum catalyst, used in a dye-sensitized counter electrode, is manufactured by using electrostatic spray deposition in the counter electrode.

Description

염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 상대전극 및 상기 상대전극을 포함한 염료감응형 태양전지{PREPARATION METHOD OF A COUNTER ELECTRODE FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, A COUNTER ELECTRODE FABRICATED THEREBY AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELL COMPRISING SAID COUNTER ELECTRODE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell including the counter electrode and the counter electrode, -SENSITIZED SOLAR CELL COMPRISING SAID COUNTER ELECTRODE}

본 발명은 염료감응형 태양전지 상대전극의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 상대전극 및 상기 상대전극을 포함한 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ⅰ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물을 용매에 분산하는 단계,; ⅱ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물이 분산된 용액을 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 투명기판위에 분사하는 단계,; ⅲ)60 내지 120℃의 온도에서 용매를 건조하여 그래핀-PEDOT:PSS 촉매층을 형성하는 단계 및; ⅳ)황산용액에 상기 촉매층을 침지하여 PSS를 제거하는 단계를 포함한 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 상대전극 및 상기 상대전극을 포함한 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, comprising the steps of: i) preparing a dye-sensitized solar cell comprising i) graphene and a PEDOT: PSS compound In a solvent; Ii) spraying a solution of graphene and a PEDOT: PSS compound on a transparent substrate using Electrostatic Spray Deposition; Iii) drying the solvent at a temperature of 60 to 120 DEG C to form a graphene-PEDOT: PSS catalyst layer; (Iv) a step of immersing the catalyst layer in a sulfuric acid solution to remove the PSS, and a dye-sensitized solar cell including the counter electrode and the counter electrode manufactured by the method.

염료감응형 태양전지(dye-sensitized photovoltaic cell)는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로 대표되는 것으로서, 일반적으로 가시광선을 흡수하는 감광성 염료, 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 금속산화물 나노입자, 촉매작용을 하는 상대전극(counter electrode), 그리고 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 염료감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지나 화합물 반도체 태양전지에 비해 그 제작비용이 저렴하고, 유기 태양전지에 비하여 그 효율이 높으며 이 외에도 친환경적이고 투명화가 가능하다는 장점을 가진다.The dye-sensitized photovoltaic cell is represented by a photovoltaic solar cell disclosed by Gratzel et al., Switzerland in 1991. The dye-sensitized photovoltaic cell generally includes a photosensitive dye that absorbs visible light, a wide band gap energy , A counter electrode that is catalyzed, and an electrolyte filled therebetween. The dye-sensitized solar cell is advantageous in that its production cost is lower than that of a conventional silicon solar cell or a compound semiconductor solar cell, its efficiency is higher than that of an organic solar cell, and it is also environmentally friendly and transparent.

한편, 상기 염료감응형 태양전지에 사용되는 상대 전극은 주로 백금을 사용하고 있다. 상대전극의 제작에 필요한 백금촉매는 현재 진공 공정이 필요한 스퍼터링 방법을 통해 증착을 하고 있다. 또한, 종래 상대전극 제조방법은 백금 화합물을 고온에서 소성하여 백금나노입자를 만들거나 또는 TCO 기판위에 탄소 기반 재료(카본, 탄소나노튜브, 그래핀)을 올려 백금 촉매 대신 사용하여 상대전극을 제조하고 있다. 그러나 이러한 방법에서는 고가의 백금 촉매를 사용해야하며 탄소 기반 재료만 사용하게 되면 기판과의 접착력이 떨어지거나 백금보다 태양전지의 광전효율이 떨어지는 문제점 등이 있고 고온에서 열처리를 해야 하는 단점을 가지고 있다. On the other hand, the counter electrode used in the dye-sensitized solar cell mainly uses platinum. The platinum catalyst required for the preparation of the counter electrode is currently being deposited by a sputtering method which requires a vacuum process. In the conventional counter electrode manufacturing method, a platinum compound is fired at a high temperature to produce platinum nanoparticles, or a carbon-based material (carbon, carbon nanotube, graphene) is placed on a TCO substrate in place of a platinum catalyst to produce a counter electrode have. However, in this method, expensive platinum catalysts should be used. If the carbon-based material is used alone, there is a problem that the adhesion to the substrate is deteriorated or the photoelectric efficiency of the solar cell is lower than that of platinum, and heat treatment at a high temperature is required.

따라서, 여러 가지 복합재료를 가지고 상대전극을 제조하려는 시도가 있어 왔다. 대한민국 특허 제1273567호의 특허공보에는 (a) 500 ℃ 이하의 온도에서 변형이 일어나지 않는 고온 내성을 가지는 제1 기판, 탄소 기반 재료와 백금 나노입자를 포함하는 다공질막, 점착층 및 제 2기판을 포함하는 A 기판을 제조하는 단계; 및 (b) 전사법으로 상기 A 기판에서 상기 고온 내성을 가지는 제1 기판을 분리하고 상기 다공질막 및 점착층을 제2기판으로 이동시켜, 제 2기판, 상기 제 2기판 위에 형성된 점착층 및 다공질막을 포함하는 B 기판을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 A 기판을 제조하는 단계는, 고온 내성을 가지는 제1 기판의 일면에 탄소기반 재료와 백금 나노입자를 포함하는 다공질막을 형성하는 단계, 및 상기 탄소기반 재료와 백금 나노입자를 포함하는 다공질막 상에 점착층 및 제 2기판을 차례로 적층하고 기판을 가열 압착하는 단계를 포함하고, 상기 다공질막은 탄소기반 재료, 백금 나노입자, 바인더 및 용매를 포함하는 페이스트를 고온 내성을 가지는 제1 기판의 일면에 코팅하고 450 내지 500℃의 온도에서 1~2시간 동안 열처리하여 형성하는 염료감응형 태양전지용 상대전극의 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 특허 제1541448호의 특허공보에는 전도성 고분자 수용액 및 금속 전구체를 혼합한 후, 환원제를 첨가하여 금속 나노입자-전도성 고분자 복합재료를 제조하는 단계(단계 1); 투명전극이 코팅된 기판에 상기 단계 1의 복합재료를 유연기판 상에 스핀코팅하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2의 복합재료가 코팅된 유연기판을 100 내지 200 ℃의 온도로 열처리하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 3);를 포함하며, 전도성 고분자 층 내에 금속 나노입자가 분산되어있는, 염료감응형 태양전지의 상대전극 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 문헌에서 사용되는 금속 재료 역시 백금이나 금 등 귀금속을 사용하는 것이어서 원가절감의 의미가 크지 않고, 성능 역시 그리 뛰어나나고 볼 수 없다.Therefore, attempts have been made to manufacture counter electrodes with various composite materials. Korean Patent No. 1273567 discloses (a) a first substrate having high temperature resistance that does not deform at a temperature of 500 ° C or lower, a porous film comprising a carbon-based material and platinum nanoparticles, a pressure-sensitive adhesive layer and a second substrate A substrate; And (b) separating the first substrate having the high temperature resistance from the A substrate by a transfer method and moving the porous film and the adhesive layer to a second substrate, thereby forming a second substrate, an adhesive layer formed on the second substrate, Wherein the step of fabricating the A substrate comprises forming a porous film comprising a carbon-based material and platinum nanoparticles on one side of a first substrate having high temperature resistance, and A step of laminating a pressure-sensitive adhesive layer and a second substrate on a porous film containing the carbon-based material and platinum nanoparticles in order, and heat-pressing the substrate, wherein the porous film comprises a carbon-based material, a platinum nanoparticle, a binder and a solvent Is coated on one surface of a first substrate having high temperature resistance and heat-treated at a temperature of 450 to 500 ° C for 1 to 2 hours to form a dye-sensitized solar cell A method of manufacturing a counter electrode is disclosed. Also, Korean Patent No. 1541448 discloses a method for preparing a metal nanoparticle-conductive polymer composite material by mixing a conductive polymer aqueous solution and a metal precursor and then adding a reducing agent (Step 1); (Step 2) spin-coating the composite material of step 1 on a flexible substrate with a substrate coated with a transparent electrode; And a step (step 3) of heat treating the flexible substrate coated with the composite material of step 2 at a temperature of 100 to 200 ° C to form a counter electrode (step 3), wherein the metal nanoparticles are dispersed in the conductive polymer layer A method of manufacturing a counter electrode of a sensitive solar cell is disclosed. However, since the metal material used in the above literature also uses precious metals such as platinum and gold, the cost reduction is not significant, and the performance is also excellent.

한편, 대한민국 특허 제1406427호의 특허공보에는 제1기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판 상에 산화물 반도체 전극을 형성하는 단계; 상기 산화물 반도체 전극에 염료를 흡착하는 단계; 제2기판을 준비하는 단계; 제1용매에 전도성 고분자를 분산시켜 제1용액을 얻는 단계; 제2용매에 탄소 재료를 분산시켜 제2용액을 얻는 단계; 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산된 복합체 용액을 얻는 단계; 상기 복합체 용액을 상기 제2기판에 도포하는 단계; 상기 복합체 용액을 100~150℃에서 열처리하여 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1기판과 제2기판을 대향하도록 위치시켜 결합시킨 뒤, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 전해질을 주입하는 단계를 포함하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 문헌에 개시된 전도성 고분자- 탄소복합체 전극은 귀금속을 사용하지 않으면서도 종래 백금전극에 뒤지지 않는 성능을 발휘한는다는 점에서 높은 평가를 받을 수 있으나, 전도성 고분자 중 PEDOT:PSS의 경우 수용액 중 PSS가 지속적으로 용출되어 전지의 효율을 저하시키는 문제가 있다. On the other hand, Korean Patent No. 1406427 discloses preparing a first substrate; Forming an oxide semiconductor electrode on the first substrate; Adsorbing a dye on the oxide semiconductor electrode; Preparing a second substrate; Dispersing a conductive polymer in a first solvent to obtain a first solution; Dispersing a carbon material in a second solvent to obtain a second solution; Mixing the first solution and the second solution to obtain a composite solution in which the carbon material and the conductive polymer are dispersed; Applying the composite solution to the second substrate; Forming a conductive polymer-carbon composite electrode by heat-treating the composite solution at 100 to 150 ° C; And injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate after positioning the first substrate and the second substrate so as to oppose each other and then injecting an electrolyte into the space between the first substrate and the second substrate. The conductive polymer-carbon composite electrode disclosed in the above document can be highly appreciated in that it exhibits performance that is not inferior to a conventional platinum electrode without using a noble metal. However, in the case of PEDOT: PSS among the conductive polymers, There is a problem that the efficiency of the battery is deteriorated.

대한민국 특허 제1273567호Korean Patent No. 1273567 대한민국 특허 제1541448호Korean Patent No. 1541448 대한민국 특허 제1406427호Korean Patent No. 1406427

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래 고가의 백금과 같은 귀금속을 사용하지 않아 원가 절감 효과가 우수하면서도 기판과의 접착력이 우수하여 장기안정성이 좋고 저온에서 제조가 가능한 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하한 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, which can be manufactured at a low temperature with good long-term stability due to the excellent cost- The present invention provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell relative electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 상대전극 및 상기 상대전극을 포함한 염료감응형 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell including the counter electrode and the counter electrode manufactured by the above method.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 ⅰ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물을 용매에 분산하는 단계,; ⅱ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물이 분산된 용액을 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 투명기판위에 분사하는 단계,; ⅲ)60 내지 120℃의 온도에서 용매를 건조하여 그래핀-PEDOT:PSS 촉매층을 형성하는 단계 및; ⅳ)황산용액에 상기 촉매층을 침지하여 PSS를 제거하는 단계를 포함한 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: i) dispersing a graphene and a PEDOT: PSS compound in a solvent; Ii) spraying a solution of graphene and a PEDOT: PSS compound on a transparent substrate using Electrostatic Spray Deposition; Iii) drying the solvent at a temperature of 60 to 120 DEG C to form a graphene-PEDOT: PSS catalyst layer; Iv) dipping the catalyst layer in a sulfuric acid solution to remove PSS.

또한 본 발명은 상기 용매가 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol), 에탄올(Ethanol), 아세톤(Aceton), 아세토니트릴(Acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran) 및 메탄올(Methanol)로 이루어진 군(건조온도를 고려하여 높은 BP를 갖는 용매는 제외하였습니다.) 에서 선택된 1종 이상인 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of the compound of formula I wherein the solvent is selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran and methanol, And a solvent having a high BP is excluded), the present invention provides a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell relative electrode.

또한, 본 발명은 상기 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)이 상기 기판에 인가된 전압은 1~20 kV이며 기판과의 거리는 1 내지 100cm이고, 용액의 주입 속도는 1 내지 500 ㎕/min 범위의 조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법을 제공한다.In addition, in the present invention, the voltage applied to the substrate by the electrostatic spin deposition is 1 to 20 kV, the distance from the substrate is 1 to 100 cm, the solution injection rate is 1 to 500 μl / min The present invention also provides a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell relative electrode.

또한, 본 발명은 상기 투명기판은 FTO (F-doped SnO2:SnO2:F), ITO 및 평균 두께가 1 내지 1000 nm인 금속전극, 금속 질화물, 금속 산화물, 탄소화합물, 또는 전도성 고분자를 포함하는 전도성 필름이 코팅된 유연기판인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법을 제공한다.The transparent substrate may include a metal electrode, metal nitride, metal oxide, carbon compound, or conductive polymer having FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO and an average thickness of 1 to 1000 nm The present invention also provides a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell relative electrode, wherein the dye-sensitized solar cell is a flexible substrate coated with a conductive film.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 염료감응형 태양전지 상대전극을 제공한다.In addition, the present invention provides a dye-sensitized solar cell counter electrode manufactured by the above method.

또한, 본 발명은 상기 염료감응형 태양전지 상대전극을 포함한 염료감응형 태양전지를 제공한다. The present invention also provides a dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized solar cell counter electrode.

본 발명에 따르면, 염료감응형 상대전극에 사용되는 백금 촉매를 대신하여 그래핀/PEDOT 물질을 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 제조한 상대전극은 기존에 사용하던 고가의 백금촉매에 비해 촉매특성, 전기적인 특성이 우수하며 기판과의 접착력이 우수하여 장기안정성이 좋으며 저온에서 제조가 가능하므로 플라스틱과 섬유기판과 같은 유연한 기판에 적용이 가능하다. 그리고 공정이 간단한 정전 방사 전착법을 이용하여 대면적에도 쉽게 제조할 수 있다. According to the present invention, a counter electrode prepared by electrostatic sputter deposition in place of the platinum catalyst used in the dye-sensitized counter electrode is a high-cost platinum catalyst used in the past It can be applied to flexible substrates such as plastics and fiber substrates because it has excellent catalytic properties and electrical characteristics, has excellent long-term stability due to its excellent adhesion with substrates, and can be manufactured at low temperatures. The process can be easily fabricated on a large area using a simple electrodeposition electrodeposition method.

도 1은 본 발명에 따른 상대전극 제조 방법을 설명하기 위한 공정의 개략도이다.
도 2은 본 발명에 따른 상기 상대전극을 포함하는 염료감응형 태양전지의 개략도이다.
도 3은 기판과의 접착력을 알아보기 위해 비교예 1과 실시예 1을 테이프를 이용하여 테스트한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 염료감응형 태양전지의 전류-전압 곡선을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 5는 투명기판상에 그래핀-PEDOT:PSS 코팅 후 황산처리를 하여 PSS를 제거한 후의 결정배열 차이(a는 황산처리 전 b는 황산처리 후)를 보여주는 전자현미경 및 황산처리시의 결정배열 변화를 설명하기 위한 구조모식도
도 6은 투명기판상에 그래핀-PEDOT:PSS 코팅 후 황산처리 전과 황산처리를 하여 PSS를 제거한 후의 전기전도도 차이를 측정한 그래프
1 is a schematic view of a process for explaining a method of manufacturing a counter electrode according to the present invention.
2 is a schematic view of a dye-sensitized solar cell including the counter electrode according to the present invention.
Fig. 3 is a photograph of a test sample of Comparative Example 1 and Example 1 using a tape in order to examine the adhesion to a substrate.
4 is a graph comparing current-voltage curves of the dye-sensitized solar cell according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing changes in crystal arrangement (a before sulfuric acid treatment and after sulfuric acid treatment) after removal of PSS by sulfuric acid treatment after graphene-PEDOT: PSS coating on a transparent substrate. Fig.
FIG. 6 is a graph showing the difference in electric conductivity after removal of PSS by performing graphene-PEDOT: PSS coating on the transparent substrate and sulfuric acid treatment before the sulfuric acid treatment

이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings attached hereto.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명을 단지 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 인용부호를 사용하여 나타낸다.It will be understood by those skilled in the art that the following embodiments are merely illustrative of the present invention and that various changes may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be deformed. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.

본 발명의 명세서에 기재된 "나노"라는 용어는 1 내지 1,000 nm 범위의 나노 스케일을 의미하며, 경우에 따라 마이크로 단위를 포함할 수도 있다. 또한, 명세서에 기재된 "나노 입자"라는 용어는 나노 스케일을 가진 모든 형태의 입자를 포함한다.The term "nano," as used herein, refers to a nanoscale ranging from 1 to 1,000 nm, and may optionally include microunits. In addition, the term "nanoparticles" described in the specification includes all types of particles having nanoscale.

본 발명의 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법은 ⅰ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물을 용매에 분산하는 단계,; ⅱ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물이 분산된 용액을 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 투명기판위에 분사하는 단계,; ⅲ)60 내지 120℃의 온도에서 용매를 건조하여 그래핀-PEDOT:PSS 촉매층을 형성하는 단계 및; ⅳ)황산용액에 상기 촉매층을 침지하여 PSS를 제거하는 단계를 포함한다. The method for preparing a dye-sensitized solar cell counter electrode according to the present invention comprises the steps of: i) dispersing graphene and a PEDOT: PSS compound in a solvent; Ii) spraying a solution of graphene and a PEDOT: PSS compound on a transparent substrate using Electrostatic Spray Deposition; Iii) drying the solvent at a temperature of 60 to 120 DEG C to form a graphene-PEDOT: PSS catalyst layer; Iv) dipping the catalyst layer in a sulfuric acid solution to remove PSS.

본 발명의 상대전극 제조방법에 있어 상기 ⅰ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물을 용매에 분산하는 단계는 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 분산방법, 예를 들면 대한민국 특허 제1406427호에 개시된 바와 같은 방법으로 수행될 수 있다. 다만, 본 발명에 있어서 상기 용매는 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol), 에탄올(Ethanol), 아세톤(Aceton), 아세토니트릴(Acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran) 및 메탄올(Methanol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직한데, 이는 비교적 저온에서 건조를 수행하여 플라스틱 소재의 유연 기판 사용시 기판의 손상을 방지하기 위함이다. In the method for producing a counter electrode according to the present invention, the step of dispersing i) graphene and a PEDOT: PSS compound in a solvent is not particularly limited, and a known dispersion method, for example, a method disclosed in Korean Patent No. 1406427 Lt; / RTI > However, in the present invention, the solvent may be selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), and methanol It is preferable to dry at a relatively low temperature in order to prevent the substrate from being damaged when using a flexible substrate made of a plastic material.

본 발명의 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법은 ⅱ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물이 분산된 용액을 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 투명기판위에 분사하는 단계를 포함한다. 정전 방사 전착법은 용액의 코팅방법 중 하나이며 제작 공정의 자동화 및 대면적화에 유리하며 공정 온도가 낮아 기판의 온도의 제약을 안 받아 다양한 기판에 적용이 가능하다. 또한, 본 발명의 경우 끓는점이 낮은 용매를 이용함에 따라 양산공정의 단순화에 따라 비용절감이 가능하다. 또한 투명 전극에 증착된 그래핀 화합물의 두께는 0.2 내지 0.8μm가 되도록 제조하여 사용량, 두께가 얇아 양산공정의 단순화에 따라 비용절감이 가능하다. 본 발명에 있어서 상기 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)의 수행조건은 특별히 제한되는 것은 아니고, 기판상에 형성되는 촉매층의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다. 통상적인 조건은 상기 기판에 인가된 전압이 1~20 kV이며 기판과의 거리는 1 내지 100cm이고, 용액의 주입 속도는 1 내지 500 ㎕/min 범위의 조건하에서 수행되는 것이 바람직하다. The method for preparing a dye-sensitized solar cell relative electrode according to the present invention includes the step of spraying a solution in which graphene and a PEDOT: PSS compound are dispersed onto a transparent substrate using Electrostatic Spray Deposition. The electrodeposition electrodeposition method is one of the coating methods of solution, and is advantageous for automation and enlargement of the manufacturing process, and can be applied to various substrates without being restricted by the temperature of the substrate because the process temperature is low. In addition, in the case of the present invention, since the solvent having a low boiling point is used, the cost can be reduced by simplifying the mass production process. In addition, the thickness of the graphene compound deposited on the transparent electrode is 0.2 to 0.8 μm, and the amount and thickness of the graphene compound can be reduced by simplifying the mass production process. In the present invention, the conditions of the electrostatic sputter deposition are not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the thickness of the catalyst layer formed on the substrate. A typical condition is that the voltage applied to the substrate is 1 to 20 kV, the distance from the substrate is 1 to 100 cm, and the solution injection rate is 1 to 500 μl / min.

본 발명에 따른 상대 전극(120)에 사용 가능한 전도성 투명기판으로는 투명 전도성 전극(TCO: transparent conducting oxide))이 형성될 수 있으며, 예를 들면 SnO2:F또는 ITO 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야에 잘 알려진 통상의 전도성 필름을 형성할 수 있다. 또한 전도성 전극은 FTO (F-doped SnO2:SnO2:F),ITO 또는 평균 두께가 1 내지 1000 nm인 금속전극, 금속 질화물, 금속 산화물, 탄소화합물 및 전도성 고분자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 전도성 필름이 코팅될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 것처럼, 상기 상대전극(120)은 기판(101), 상기 기판 위에 형성된 전도성 필름(102) 및 촉매층(121)을 포함할 수 있다. 또한 상기 방법은 저온에서 공정이 가능하므로 사용되는 기판(101)이 통상 사용되는 유리 기판만 적용이 가능한 것이 아니고 저온환경에서 사용하여야 하는 플라스틱과 섬유 같은 유연한 기판에도 적용이 가능하다. A transparent conductive electrode (TCO) may be used as the conductive transparent substrate for the counter electrode 120 according to the present invention. For example, SnO 2 : F or ITO may be used. But are not limited to, ordinary conductive films well known in the art. Also, the conductive electrode may be at least one selected from the group consisting of FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO or metal electrode having an average thickness of 1 to 1000 nm, metal nitride, metal oxide, carbon compound, and conductive polymer A conductive film may be coated. Therefore, as shown in FIG. 2, the counter electrode 120 may include a substrate 101, a conductive film 102 formed on the substrate, and a catalyst layer 121. In addition, since the above method can be performed at a low temperature, the substrate 101 to be used is not only applicable to a commonly used glass substrate, but also applicable to a flexible substrate such as plastic and fiber which should be used in a low temperature environment.

본 발명의 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법은 ⅲ)60 내지 120℃의 온도에서 용매를 건조하여 그래핀-PEDOT:PSS 촉매층을 형성하는 단계 전도성 투명기판위에 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 그래핀/PEDOT:PSS층을 형성한 후 건조단계를 거치게 된다. 상기 건조는 특별히 제한되는 것은 아니며, 사용된 용매의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 투명기판의 재질이 가요성, 즉 플라스틱 기판인 경우를 고려하면 상기 건조온도는 60 내지 120℃ 범위인 것이 바람직하며, 용매의 종류 역시 상기 건조온도를 고려하여 선택된다. (Iii) drying the solvent at a temperature of 60 to 120 DEG C to form a graphene-PEDOT: PSS catalyst layer. According to an electrostatic spray deposition method on a conductive transparent substrate, To form a graphene / PEDOT: PSS layer, followed by a drying step. The drying is not particularly limited and can be appropriately adjusted depending on the type of the solvent used. However, considering the case where the material of the transparent substrate is flexible, that is, a plastic substrate, the drying temperature is preferably in the range of 60 to 120 ° C, and the type of the solvent is also selected in consideration of the drying temperature.

본 발명의 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법은 ⅳ)황산용액에 상기 촉매층을 침지하여 PSS를 제거하는 단계를 포함한다. 일반적으로 PEDOT:PSS에서 전도성등 전기적 특성을 나타내는 부분은 PEDOT 부분이다. 하지만 PEDOT의 경우 용매에 대한 용해도가 좋지 않기 때문에 활용도가 낮기 때문에 용매에 대한 용해도를 증가시켜 활용도를 좋게 하기 위해 PSS를 도핑 형태로 PEDOT에 추가하여 PEDOT:PSS의 구조를 제조한다. 하지만 PSS를 추가하는 경우 용매에 대해 용해도는 증가하여 활용도는 증가하지만, 전기적 특성이 PEDOT만 단일로 사용했을 경우에 비해 낮아지는 경향성을 보인다. (PEDOT : 300~50 S cm-1, PEDOT:PSS : < 1 S cm-1) 따라서, 본 발명에서는 그래핀/PEDOT:PSS 구조에서 황산을 이용하여 PSS를 제거함으로써 촉매층의 결정구조를 변화시켜 전기전도도를 5배이상 향상시킬 수 있다. 상기 황산처리는 묽은 황산용액에 0.5분 내지 5분간 침지하여 수행될 수 있다. The method for preparing a dye-sensitized solar cell relative electrode according to the present invention comprises: iv) dipping the catalyst layer in a sulfuric acid solution to remove PSS. Generally, in PEDOT: PSS, the part showing electrical characteristics such as conductivity is the PEDOT part. However, since PEDOT has low solubility in solvents, PEDOT: PSS structure is prepared by adding PSS to PEDOT in order to increase the solubility in solvents and improve the utilization. However, when PSS is added, the solubility of the solvent is increased to increase the utilization, but the electrical characteristic is lower than that of the single PEDOT. (PEDOT: 300 to 50 S cm -1, PEDOT: PSS: <1 S cm -1) Therefore, in the present invention, the crystal structure of the catalyst layer is changed by removing PSS using sulfuric acid in the graphene / PEDOT: PSS structure The electric conductivity can be improved by 5 times or more. The sulfuric acid treatment can be performed by immersing in a dilute sulfuric acid solution for 0.5 to 5 minutes.

상기와 같이 제조된 염료감응형 태양전지 상대전극을 적용하여 도 2와 같은 구조의 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 광 전극 물질은 페이스트화 해서 사용하는 데 상기 페이스트는 이 분야에 잘 알려진 방법으로 제조될 수 있으므로, 그 방법이 특별히 한정되지 않으며 본 명세서에서 더 이상의 상세한 설명은 하지 않기로 한다. The dye-sensitized solar cell having the structure as shown in FIG. 2 can be manufactured by applying the dye-sensitized solar cell counter electrode as described above. The photoelectrode material used in the present invention is used in the form of a paste. Since the paste can be produced by a method well known in the art, the method is not particularly limited and will not be described in detail herein.

한편, 전해질(130)은 도 2에서 설명의 편의상 간단히 채워진 상태로 도시되어 있지만, 실제로는 광전극(110) 및 상대전극(120) 사이의 공간에서 염료가 흡착된 다공질막(103)인 금속산화물 나노입자층의 내부에 균일하게 분산될 수 있다. 상기 전해질은 산화-환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 광전극의 염료에 전달하는 역할을 하는 산화-환원 유도체 포함하며, 통상의 염료감응형 태양전지에 사용가능한 것이면 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. 또한 상기 전해질은 폴리비닐리덴플로라이드-co-폴리헥사플루오르프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리알킬아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 고분자를 함유할 수 있다. 또한, 상기 전해질은 하나 이상의 무기입자를 함유하는 고분자 겔 전해질일 수 있다.2, the electrolyte 130 is actually filled in the space between the photoelectrode 110 and the counter electrode 120. However, in practice, the metal oxide 130, which is the porous film 103 on which the dye is adsorbed, And can be uniformly dispersed in the inside of the nanoparticle layer. The electrolyte includes an oxidation-reduction derivative that receives electrons from the counter electrode by oxidation-reduction and transfers the dye to the dye of the photoelectrode, and is not particularly limited as long as it can be used in a conventional dye-sensitized solar cell. Specifically redox derivative is iodine (I) system, a bromine (Br) based, cobalt (Co) based, thiocyanate (SCN -) type, selenide cyan (SeCN -) from the group consisting of an electrolyte containing system 1 It is preferable that more than two species are selected. The electrolyte may also contain one or more polymers selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-polyhexafluoropropylene, polyacrylonitrile, polyethylene oxide and polyalkyl acrylate. Further, the electrolyte may be a polymer gel electrolyte containing one or more inorganic particles.

또한 상기 태양전지는 상기 반도체 전극과 상대전극을 봉합하기 위한 열융착 고분자 필름 또는 페이스트인 접착제를 더욱 포함할 수 있으며, 이때 사용되는 접착제는 통상의 물질을 사용할 수 있으며 그 종류가 특별히 한정되지는 않는다.The solar cell may further include a thermally fusible polymer film or an adhesive that is a paste for sealing the semiconductor electrode and the counter electrode. The adhesive used herein may be a conventional material, and the kind thereof is not particularly limited .

이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are provided for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1][Example 1]

(광전극의 제조)(Fabrication of photoelectrode)

광전극에 사용되는 투명 전도성 기판은 fluorine doped tin oxide glass(8 Ω/Sq., Pilkington, USA)을 사용하였다. FTO glass에 유기물을 제거하기 위하여 (1)Mucasol(Sigma-Aldrich), (2)유기용매 세척, (3)UV-03표면처리 순서로 클리닝하였다. 세척이 끝난 FTO glass 위에 닥터 블레이드 방법을 이용하여 태양전지의 면적은 0.16㎠로 하고 상용 TiO2 페이스트(Dyesol, 18NR-T)를 코팅하고 전기로를 이용하여 120℃ 건조 후, 350℃ 5분, 375℃ 5분, 450℃ 15분, 500℃에서 15분 소결하였다. 그 후 6㎛ 두께를 가지는 TiO2 필름위에 400nm (CCIC, PST-400C)크기를 가지는 TiO2 페이스트를 코팅한 후 120℃ 건조 후, 350℃ 5분, 375℃ 5분, 450℃ 15분, 500℃에서 15분 열처리 하여 4㎛의 scattering layer를 제조하였다. 이렇게 제조한 약 10㎛ 두께의 TiO2 필름을 Y123 dye (0.1 mM THF/ethanol (v/v, 1/2) solution , Dyenamo, Sweden)와 chenodeoxycholic acid (CDCA) (5 mM, Sigma-Alrdich) 염료 용액에 넣었다. 전극 막 위에 염료가 충분히 흡착하도록 약 12시간동안 유지하여 염료를 흡착시킨 후 광전극을 제조하였다Fluorine doped tin oxide glass (8 Ω / Sq., Pilkington, USA) was used as a transparent conductive substrate for the photoelectrode. (1) Mucasol (Sigma-Aldrich), (2) organic solvent washing, and (3) UV-03 surface treatment to remove organic substances in FTO glass. The area of the solar cell was 0.16 cm 2 on the cleaned FTO glass using a doctor blade method and coated with commercially available TiO 2 paste (Dyesol, 18NR-T), dried at 120 ° C. using an electric furnace, Lt; 0 &gt; C for 5 minutes, 450 [deg.] C for 15 minutes, and 500 [deg.] C for 15 minutes. TiO2 paste having a size of 400 nm (CCIC, PST-400C) was coated on a TiO 2 film having a thickness of 6 μm and dried at 120 ° C. for 5 minutes at 350 ° C., 5 minutes at 375 ° C., For 15 minutes to prepare a 4 ㎛ scattering layer. A 10 μm thick TiO2 film was prepared by dissolving Y123 dye (0.1 mM THF / ethanol (v / v, 1/2) solution, Dyenamo, Sweden) and chenodeoxycholic acid (CDCA) (5 mM, Sigma-Aldrich) . And the dye was adsorbed on the electrode film for about 12 hours so that the dye was sufficiently adsorbed thereon to prepare a photoelectrode

(상대전극의 제조)(Preparation of counter electrode)

상대전극을 만들기 위해 광전극을 만들 때 사용되었던 동일한 FTO glass가 사용되었다. FTO glass에 드릴을 이용하여 두 개의 구멍을 뚫었다. 구멍을 뚫은 유리를 에탄올 용액에 초음파 세척 후 질소가스로 건조하였다. 건조 후 FTO glass 표면전체에 PEDOT:PSS와 에탄올 1:3 부피비로 섞은 후 잘 섞이도록 초음파를 이용하여 30분간 처리하였다. 이 후 그래핀(1 wt%)을 섞은 후 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 FTO 기판위에 상대전극을 제조하였다. 이때 power supply (ESN-HV30)를 이용하여 인가된 전압은 ~9 kV이며 FTO 기판과의 거리는 3.5 cm이다. 그리고 syringe pump (KD Scientific, KDS220)를 이용하여 50 ㅅL/min 속도로 용액을 주입하였다. 이 후 약 80℃에서 30분간 건조하였다. 이후 제조한 그래핀/PEDOT:PSS 상대전극을 황산 용액 0.1M용액에 약 1~2분간 담궈 PSS를 제거하고, 증류수로 린스를 하여 상대전극을 제조하였다. The same FTO glass that was used to make the photoelectrode to make the counter electrode was used. Two holes were drilled in the FTO glass using a drill. The perforated glass was ultrasonically washed with ethanol solution and then dried with nitrogen gas. After drying, the entire surface of the FTO glass was mixed with PEDOT: PSS and ethanol in a volume ratio of 1: 3, followed by ultrasonic treatment for 30 minutes. Thereafter, graphene (1 wt%) was mixed and a counter electrode was formed on the FTO substrate by electrostatic spray deposition. At this time, the voltage applied by the power supply (ESN-HV30) is ~ 9 kV and the distance from the FTO substrate is 3.5 cm. The solution was injected at a rate of 50 l / min using a syringe pump (KD Scientific, KDS220). After that, it was dried at about 80 ° C for 30 minutes. The prepared graphene / PEDOT: PSS counter electrode was immersed in a 0.1 M solution of sulfuric acid solution for about 1-2 minutes to remove the PSS and rinsed with distilled water to prepare a counter electrode.

(전해질 주입 및 봉합)(Electrolyte injection and sealing)

앞서 제조한 광전극과 상대전극 사이의 공간에 0.22 M [Co(II)-(bpy)3](B(CN)4)2, 0.05 M [Co(III)(bpy)3](B(CN)4)3, 0.1 M LiClO4, 0.8 M tBP를 포함하는 acetonitrile (ACN) 전해질을 주입하고 통상의 고분자 수지로 봉합하여 도 2의 구조의 염료감응형 태양전지를 제조하였다.In the space between the above-prepared photo-electrode and the counter electrode 0.22 M [Co (II) - (bpy) 3] (B (CN) 4) 2, 0.05 M [Co (III) (bpy) 3] (B (CN ) 4 ) 3 , 0.1 M LiClO 4 , and 0.8 M tBP, and then sealed with a conventional polymer resin to prepare a dye-sensitized solar cell having the structure of FIG.

[비교예 1][Comparative Example 1]

(광전극의 제조)(Fabrication of photoelectrode)

광전극에 사용되는 투명 전도성 기판은 fluorine doped tin oxide glass(8 Ω/Sq., Pilkington, USA)을 사용하였다. FTO glass에 유기물을 제거하기 위하여 (1)Mucasol(Sigma-Aldrich), (2)유기용매 세척, (3)UV-03표면처리 순서로 클리닝하였다. 세척이 끝난 FTO glass 위에 닥터 블레이드 방법을 이용하여 태양전지의 면적은 0.16㎠로 하고 상용 TiO2 페이스트(Dyesol, 18NR-T)를 코팅하고 전기로를 이용하여 120℃ 건조 후, 350℃ 5분, 375℃ 5분, 450℃ 15분, 500℃에서 15분 소결하였다. 그 후 6㎛ 두께를 가지는 TiO2 필름위에 400nm (CCIC, PST-400C)크기를 가지는 TiO2 페이스트를 코팅한 후 120℃ 건조 후, 350℃ 5분, 375℃ 5분, 450℃ 15분, 500℃에서 15분 열처리 하여 4㎛의 scattering layer를 제조하였다. 이렇게 제조한 약 10㎛ 두께의 TiO2 필름을 Y123 dye (0.1 mM THF/ethanol (v/v, 1/2) solution , Dyenamo, Sweden)와 chenodeoxycholic acid (CDCA) (5 mM, Sigma-Alrdich) 염료 용액에 넣었다. 전극 막 위에 염료가 충분히 흡착하도록 약 12시간동안 유지하여 염료를 흡착시킨 후 광전극을 제조하였다Fluorine doped tin oxide glass (8 Ω / Sq., Pilkington, USA) was used as a transparent conductive substrate for the photoelectrode. (1) Mucasol (Sigma-Aldrich), (2) organic solvent washing, and (3) UV-03 surface treatment to remove organic substances in FTO glass. The area of the solar cell was 0.16 cm 2 on the cleaned FTO glass using a doctor blade method and coated with commercially available TiO 2 paste (Dyesol, 18NR-T), dried at 120 ° C. using an electric furnace, Lt; 0 &gt; C for 5 minutes, 450 [deg.] C for 15 minutes, and 500 [deg.] C for 15 minutes. TiO2 paste having a size of 400 nm (CCIC, PST-400C) was coated on a TiO 2 film having a thickness of 6 μm and dried at 120 ° C. for 5 minutes at 350 ° C., 5 minutes at 375 ° C., For 15 minutes to prepare a 4 ㎛ scattering layer. A 10 μm thick TiO 2 film was prepared by dissolving Y123 dye (0.1 mM THF / ethanol (v / v, 1/2) solution, Dyenamo, Sweden) and chenodeoxycholic acid (CDCA) (5 mM, Sigma-Aldrich) Solution. And the dye was adsorbed on the electrode film for about 12 hours so that the dye was sufficiently adsorbed thereon to prepare a photoelectrode

(상대전극의 제조)(Preparation of counter electrode)

상대전극을 만들기 위해 광전극을 만들 때 사용되었던 동일한 FTO glass가 사용되었다. FTO glass에 드릴을 이용하여 두 개의 구멍을 뚫었다. 구멍을 뚫은 유리를 에탄올 용액에 초음파 세척 후 질소가스로 건조하였다. 건조 후 FTO glass 표면전체에 Pt solution (5 mM ethanolic solution of chloroplatinic acid hexahydrate (H2PtCl6ㅇ6H2O))을 drop coating하여 전기로에서 400℃의 온도에서 20분 소결하여 Pt상대전극을 제작하였다.The same FTO glass that was used to make the photoelectrode to make the counter electrode was used. Two holes were drilled in the FTO glass using a drill. The perforated glass was ultrasonically washed with ethanol solution and then dried with nitrogen gas. After drying, a Pt solution (5 mM ethanolic solution of chloroplatinic acid hexahydrate (H2PtCl6 6H2O)) was dropped on the entire surface of the FTO glass and sintered in an electric furnace at 400 ° C for 20 minutes to prepare a Pt counter electrode.

(전해질 주입 및 봉합)(Electrolyte injection and sealing)

앞서 제조한 광전극과 상대전극 사이의 공간에 0.22 M [Co(II)-(bpy)3](B(CN)4)2, 0.05 M [Co(III)(bpy)3](B(CN)4)3, 0.1 M LiClO4, 0.8 M tBP를 포함하는 acetonitrile (ACN) 전해질을 주입하고 통상의 고분자 수지로 봉합하여 도 2의 구조의 염료감응형 태양전지를 제조하였다.In the space between the above-prepared photo-electrode and the counter electrode 0.22 M [Co (II) - (bpy) 3] (B (CN) 4) 2, 0.05 M [Co (III) (bpy) 3] (B (CN ) 4 ) 3 , 0.1 M LiClO 4 , and 0.8 M tBP, and then sealed with a conventional polymer resin to prepare a dye-sensitized solar cell having the structure of FIG.

[실험예 1][Experimental Example 1]

실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 각각의 염료감응형 태양전지에 대하여 하기와 같은 방법으로 개방전압, 광전류밀도, 에너지 변환효율(energy conversion efficiency), 및 충진계수(fill factor)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 도 4 에는 AM 1.5G 1 Sun 조건에서 얻은 실시예 1 및 비교예 1의 태양전지의 전류-전압 곡선의 그래프를 도시하였다.The open-circuit voltage, the photocurrent density, the energy conversion efficiency and the fill factor of each dye-sensitized solar cell prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were measured in the following manner, The results are shown in Table 1 below. Further, FIG. 4 shows a graph of current-voltage curves of the solar cells of Example 1 and Comparative Example 1 obtained under the condition of AM 1.5G 1 Sun.

(1) 개방전압(V) 및 광전류밀도(㎃/㎠)(1) Open-circuit voltage (V) and photocurrent density (mA / cm 2)

: 개방전압과 광전류 밀도는 Keithley SMU2400 을 이용하여 측정하였다.: Open-circuit voltage and photocurrent density were measured using a Keithley SMU2400.

(2) 에너지 변환효율(%) 및 충진계수(%)(2) Energy conversion efficiency (%) and fill factor (%)

: 에너지 변환효율의 측정은 1.5AM 100mW/cm2의 솔라 시뮬레이터(Xe 램프[200W, PolaronixㄾK201,McScience,Korea], AM1.5 filter로 구성됨)를 이용하였고, 충진계수는 앞서 얻은 변환효율 및 하기 계산식을 이용하여 계산하였다.: The energy conversion efficiency was measured using a solar simulator (Xe lamp [200 W, Polaronix ㄾ K201, McScience, Korea], AM1.5 filter) at 1.5 AM 100 mW / cm 2 , Was calculated using the following formula.

[계산식][formula]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 계산식에서, J는 변환효율 곡선의 Y축 값이고, V는 변환효율 곡선의 X축 값이며, Jsc및 Voc는 각 축의 절편 값이다.In the above equation, J is the Y-axis value of the conversion efficiency curve, V is the X-axis value of the conversion efficiency curve, and Jsc and Voc are the intercept values of the respective axes.

Jsc
(㎃/cm2)
Jsc
(MA / cm 2 )
Voc
(V)
Voc
(V)
FF
(%)
FF
(%)
효율
(%)
efficiency
(%)
Area
(㎠)
Area
(㎠)
실시예1Example 1 13.6413.64 0.920.92 67.0167.01 8.338.33 0.160.16 비교예1Comparative Example 1 13.2713.27 0.920.92 65.5265.52 7.997.99 0.160.16

도 3은 기판과의 접착력을 알아보기 위해 비교예 1과 실시예 1을 테이프를 이용하여 테스트한 사진이다. 도 3에 나타낸 바와 같이 그래핀만 이용하여 상대전극을 제작한 경우 기판과의 접착력을 측정한 결과 거의 대부분의 그래핀이 떨어져 나간 것을 알 수 있다 하지만 그래핀/PEDOT:PSS를 이용하여 만든 상대전극(실시예 1)의 경우는 기판과의 접착력이 우수하여 촉매층이 전혀 떨어지지 않고 남아있는 것을 알 수 있다. 또한 표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 그래핀/PEDOT:PSS를 이용하여 만든 상대전극(실시예 1)의 경우 기존에 사용하던 백금촉매를 이용하여 만든 상대전극(비교예 1)에 비해 전류, FF가 높아 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Fig. 3 is a photograph of a test sample of Comparative Example 1 and Example 1 using a tape in order to examine the adhesion to a substrate. As shown in FIG. 3, when the counter electrode was manufactured using only graphene, the adhesion of the graphene to the substrate was measured. As a result, almost all of the graphene peeled off was observed. However, the graphene / PEDOT: (Example 1), it can be seen that the adhesion to the substrate is excellent, and the catalyst layer remains at all. As shown in Table 1 and FIG. 4, in the case of the counter electrode (Example 1) made of graphene / PEDOT: PSS (Comparative Example 1), compared to the counter electrode (Comparative Example 1) , And the FF is high, thus confirming high efficiency.

도 5는 투명기판상에 그래핀-PEDOT:PSS 코팅 후 황산처리를 하여 PSS를 제거한 후의 결정배열 차이(a는 황산처리 전 b는 황산처리 후)를 보여주는 전자현미경 및 황산처리시의 결정배열 변화를 설명하기 위한 구조모식도이고, 도 6은 투명기판상에 그래핀-PEDOT:PSS 코팅 후 황산처리 전과 황산처리를 하여 PSS를 제거한 후의 전기전도도 차이를 측정한 그래프이다. 도 5 및 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 황산처리 후 결정배열이 공극이 많이 발생하였을 뿐 아니라 전기전도도 역시 약 4배 이상(황산처리전 23 s cm-1, 황산처리 후 105 s cm-1) 차이남을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명으로 만들어진 상대전극은 촉매특성, 전기적인 특성이 우수하며 기판과의 접착력이 우수하여 장기안정성이 좋고 저온에서 제조가 가능하므로 플라스틱과 섬유 같은 유연한 기판에 적용이 가능하고 다양한 전자 산업이나 전원이 필요한 분야에 활용될 수 있다.FIG. 5 is a graph showing changes in crystal arrangement (a before sulfuric acid treatment and after sulfuric acid treatment) after removal of PSS by sulfuric acid treatment after graphene-PEDOT: PSS coating on a transparent substrate. And FIG. 6 is a graph showing a difference in electrical conductivity after removal of PSS by performing graphene-PEDOT: PSS coating on a transparent substrate and then sulfuric acid treatment before sulfuric acid treatment. As can be seen from FIGS. 5 and 6, not only the crystal arrangement of pores in the crystal arrangement after the sulfuric acid treatment, but also the electrical conductivity was about 4 times or more (23 s cm -1 before the sulfuric acid treatment, 105 s cm -1 after the sulfuric acid treatment ) I could see the difference. Therefore, the counter electrode made of the present invention is excellent in catalytic properties and electrical characteristics, has excellent long-term stability due to its excellent adhesion with the substrate, and can be manufactured at a low temperature, so that it can be applied to flexible substrates such as plastics and fibers, It can be used in applications where power is needed.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

101: 투명 유리 기판
102: 투명 전도성 전극
103 : 염료를 흡착한 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공질막
120: 상대전극
121: 촉매층
130: 전해질
140: 고분자 접착제층
101: transparent glass substrate
102: transparent conductive electrode
103: Porous film containing metal oxide nano-particles adsorbing dye
120: counter electrode
121: catalyst layer
130: electrolyte
140: polymer adhesive layer

Claims (7)

ⅰ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물을 용매에 분산하는 단계,;
ⅱ)그래핀 및 PEDOT:PSS 화합물이 분산된 용액을 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)을 이용하여 투명기판위에 분사하는 단계,;
ⅲ)60 내지 120℃의 온도에서 용매를 건조하여 그래핀-PEDOT:PSS 촉매층을 형성하는 단계 및;
ⅳ)황산용액에 상기 촉매층을 침지하여 PSS를 제거하는 단계를 포함한 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법.
I) dispersing graphene and a PEDOT: PSS compound in a solvent;
Ii) spraying a solution of graphene and a PEDOT: PSS compound on a transparent substrate using Electrostatic Spray Deposition;
Iii) drying the solvent at a temperature of 60 to 120 DEG C to form a graphene-PEDOT: PSS catalyst layer;
Iv) dipping the catalyst layer in a sulfuric acid solution to remove PSS.
제1항에 있어서,
상기 용매는 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol), 에탄올(Ethanol), 아세톤(Aceton), 아세토니트릴(Acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran) 및 메탄올(Methanol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법.
The method according to claim 1,
The solvent may be at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), and methanol Type solar cell relative electrode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 정전 방사 전착법(Electrostatic Spray Deposition)은 상기 기판에 인가된 전압은 1~20 kV이며 기판과의 거리는 1 내지 100cm이며, 용액의 주입 속도는 1 내지 500 ㎕/min 범위의 조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법.
The method according to claim 1,
In the electrostatic spray deposition method, the voltage applied to the substrate is 1 to 20 kV, the distance from the substrate is 1 to 100 cm, and the solution is injected at a rate of 1 to 500 μl / min Wherein the dye-sensitized solar cell is a dye-sensitized solar cell.
제1항에 있어서,
상기 투명기판에 코팅된 촉매층은 건조 후 두께가 0.1 내지 0.8μm 범위인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst layer coated on the transparent substrate has a thickness of 0.1 to 0.8 mu m after drying.
제1항에 있어서,
상기 투명기판은 FTO (F-doped SnO2:SnO2:F), ITO 및 평균 두께가 1 내지 1000 nm인 금속전극, 금속 질화물, 금속 산화물, 탄소화합물, 또는 전도성 고분자를 포함하는 전도성 필름이 코팅된 유연기판인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 상대전극 제조방법.
The method according to claim 1,
The transparent substrate may include a conductive film comprising FTO (F-doped SnO 2 : SnO 2 : F), ITO and a metal electrode having an average thickness of 1 to 1000 nm, a metal nitride, a metal oxide, a carbon compound, Wherein the dye-sensitized solar cell is a flexible substrate.
제1항 내지 제5항의 방법으로 제조된 염료감응형 태양전지 상대전극.A dye-sensitized solar cell relative electrode produced by the method of any one of claims 1 to 5. 제6항의 염료감응형 태양전지 상대전극을 포함한 염료감응형 태양전지.A dye-sensitized solar cell comprising the dye-sensitized solar cell counter electrode of claim 6.
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CN117809985B (en) * 2024-02-29 2024-05-10 山东恒嘉高纯铝业科技股份有限公司 Thin film electrode containing calcium hexaaluminate and preparation method and application thereof

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