WO2012057472A2 - Method for manufacturing a photoelectrode, and solar cell including a photoelectrode manufactured by the method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectrode, and to a solar cell including a photoelectrode manufactured by the method. The method for manufacturing a photoelectrode includes: a step of adsorbing a dye onto a porous metal-oxide thin film; a step of impregnating the dye-adsorbed porous metal-oxide thin film with a conductive polymer dissolved in a solvent; and a step of synthesizing the conductive polymer through solid-state thermal polymerization. The manufacturing method enables a simple photoelectrode, which has excellent efficiency and on which various conductive polymers or dyes are can be applied, to be obtained, as well as a solar cell including the photoelectrode.

Description

광전극의 제조방법 및 이에 의하여 제조한 광전극을 포함하는 태양전지Method for manufacturing photoelectrode and solar cell comprising photoelectrode manufactured thereby
본 발명은 광전극의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조한 광전극을 포함하는 태양전지에 대한 것으로, 제조과정을 간소화하고, 다양한 전도성 고분자나 염료에 적용이 가능하면서도 효율이 우수한 광전극의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 광전극을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic cell manufacturing method and a photovoltaic cell including a photoelectrode manufactured by the method, which simplifies the manufacturing process and can be applied to a variety of conductive polymers or dyes, but also has excellent efficiency. It relates to a solar cell comprising a method and a photoelectrode produced thereby.
환경 오염 및 에너지 고갈에 따른 문제를 해결하기 위한 기술 분야 중 하나로, 환경오염 물질을 발생시키지 않으면서도 전기를 발생시킬 수 있는 태양전지에 관한 기술에 대한 관심이 커지고 있다.As one of the technical fields for solving the problems caused by environmental pollution and energy depletion, there is a growing interest in technology related to solar cells that can generate electricity without generating environmental pollutants.
태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘 화합물 반도체와 같은 무기소재로 이루어진 무기태양전지와 유기물질을 포함하는 유기태양전지로 나눌 수 있고, 유기태양전지에는 염료감응형 태양전지와 유기분자접합형 태양전지가 포함된다.Solar cells can be divided into inorganic solar cells made of inorganic materials such as silicon compound semiconductors and organic solar cells containing organic materials. The organic solar cells include dye-sensitized solar cells and organic molecular junction solar cells. Included.
태양전지는 높은 에너지 변환 효율과 낮은 제조원가 때문에 차세대 대체 에너지원으로 인식되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.Solar cells have been recognized as next-generation alternative energy sources due to high energy conversion efficiency and low manufacturing cost, and research on this is being actively conducted.
염료감응형 태양전지의 원형은 1991년 그라첼 등에 의하여 보고된 광전변환 소자, 즉 태양전지[M. Graetzel, Nature, 353, 737(1991)]로서 색소증감형 태양전지 또는 습식태양전지라고도 불린다.The prototype of the dye-sensitized solar cell is a photoelectric conversion element, namely solar cell [M. Graetzel, Nature, 353, 737 (1991), also called dye-sensitized solar cells or wet solar cells.
염료감응형 태양전지는 염료 분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 반도체 산화물 전극에 광을 조사함으로써 엑시톤(exiton)을 형성하고, 이중 전자가 반도체 산화물의 전도띠로 주입되어 전류를 발생시키는 원리를 이용하고 있다. Dye-sensitized solar cells use the principle of forming excitons by irradiating light onto nanoparticle semiconductor oxide electrodes on which chemical dye molecules are chemically adsorbed, and double electrons being injected into the conduction band of the semiconductor oxide to generate current. .
염료감응형 태양전지의 구조는 일반적으로 도전성 기판(유리, 플라스틱 또는 금속) 위에 염료를 흡착할 수 있는 전극 소재의 막(예컨대, 산화티탄 다공질 막 등)을 만들고, 상기 막의 표면에 루테늄계 또는 유기물 염료를 흡착시키며, 상대 전극을 만든 후, 양 전극간 사이에 전해질을 주입하여 하나의 셀을 형성시키는 것으로 이루어진다.The structure of a dye-sensitized solar cell generally makes a film of an electrode material (eg, a titanium oxide porous film) capable of adsorbing a dye on a conductive substrate (glass, plastic or metal), and ruthenium-based or organic material on the surface of the film. The dye is adsorbed, the counter electrode is made, and an electrolyte is injected between both electrodes to form one cell.
이렇게 제조되는 염료감응형 태양전지에서 전해질은, 작업 전극(working electrode)와 상대 전극(counter electrode) 사이에 전자의 흐름을 조절하기 위해 쓰이는데, 요오드를 포함하는 액체전해질을 사용해서 전자의 흐름을 효과적으로 유도하여, 12 %의 효율을 보여주었다(O'Regan, B. et al; Nature (1991), 353, p. 737, WO 91/16719).In this dye-sensitized solar cell, the electrolyte is used to control the flow of electrons between the working electrode and the counter electrode, and the flow of electrons is effectively controlled by using a liquid electrolyte containing iodine. Induction showed an efficiency of 12% (O'Regan, B. et al; Nature (1991), 353, p. 737, WO 91/16719).
하지만, 액체전해질이 포함된 태양전지를 뜨거운 햇빛과 열에 장시간 노출시키거나 장기간 사용하면, 액체전해질이 열에 의하여 팽창하여 전해질의 누출이 일어나고, 이는 염료감응태양전지의 효율 및 안정성을 저하시키는 원인으로 지적되어 왔다.However, when a solar cell containing a liquid electrolyte is exposed to hot sunlight and heat for a long time or is used for a long time, the liquid electrolyte expands due to heat, causing electrolyte leakage, which is pointed out as a cause of deterioration of the efficiency and stability of the dye-sensitized solar cell. Has been.
이러한 문제점을 극복하기 위해, 고분자를 사용하는 고체 전해질이 개발되었는데(반고상 염료감응 태양전지로 분류된다), 액체전해질을 사용하는 태양전지보다 광전변환효율이 낮고, 고체전해질도 태양열에 의하여 변형되거나 안정성이 떨어지는 문제점이 있어서 상용화가 늦추어지고 있는 실정이다.To overcome this problem, solid electrolytes using polymers have been developed (classified as semi-solid dye-sensitized solar cells), which have lower photoelectric conversion efficiencies than solar cells using liquid electrolytes. Due to the problem of poor stability, commercialization is being delayed.
액체전해질 및 고분자를 사용하는 고체전해질에서 요오드(Iodine)가 전자 전달 물질로 사용되는데, 최근에는 요오드에 의한 태양전지 전극의 부식이나 요오드의 독성이 문제점으로 부각되면서, 높은 효율을 가지면서도 요오드를 정공전달물질로 사용하지 않는 고체형 염료감응 태양전지의 개발에 관심이 집중되고 있다.Iodine is used as an electron transporting material in solid electrolytes using liquid electrolytes and polymers. Recently, corrosion of solar cell electrodes and toxicity of iodine caused by iodine have become a problem. Attention has been focused on the development of solid-state dye-sensitized solar cells that are not used as transfer materials.
요오드를 대체할 정공전달물질(Hole Transporting Material, HTM)로써, 무기물질과 유기물질이 사용될 수 있는데, 무기물질로는 CuI, CuSCN 등이 사용될 수 있으며, 4.7 %의 효율을 보여주는 연구가 보고되었다[(1)J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 183., (2) Adv. Mater. 2000, 12, 1263., (3) Langmuir 2003, 19, 3572.]. As a hole transporting material (HTM) to replace iodine, inorganic materials and organic materials may be used. As inorganic materials, CuI and CuSCN may be used, and a study showing 4.7% efficiency has been reported. (1) J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 183., (2) Adv. Mater. 2000, 12, 1263., (3) Langmuir 2003, 19, 3572.].
그러나, 무기물질을 정공전달물질로 사용한 염료감응형 태양전지는 여러 번의 고온처리과정, 전기증착 등의 복잡한 합성과정이 요구되기 때문에, 광전변환효율이 낮을 뿐만 아니라 제조방법이 어려워서 적용이 매우 제한적이고, 대량생산에 적합하지 못하며, 경제성이 떨어진다.However, dye-sensitized solar cells using inorganic materials as hole transporting materials require complex synthesis processes such as high temperature treatment and electrodeposition, and thus are not only low in photoelectric conversion efficiency but also difficult to fabricate. It is not suitable for mass production, and economical.
정공전달 물질로 사용되는 유기물은 유기 단분자와 유기 고분자의 두 종류로 나눌 수 있는데, 유기 단분자로 가장 최근 활발히 연구되고 있는 Spiro-OMeTAD((2,2-7.7-tetrakis(N,N’-di paramethoxyphenyl-amine 9,9’-spirobifluorene)는 최대 5 %의 효율을 보여주었으며, 요오드를 사용하지 않는 고체형 염료감응태양전지 개발의 한 방향을 제시해 주었다[(1) Nature 1998, 395, 583. (2) Nano Lett. 2009, 9, 2487. (3) Nano Lett. 2007, 7, 3372. (4) J. Phys. Chem. C 2009,113, 16816. (5) J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 558. (6) Adv. Funct. Mater. 2009,19, 1810. (7) Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2163. (8) Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2431-436].Organic materials used as hole transporting materials can be divided into two types, organic monomolecules and organic polymers. Spiro-OMeTAD ((2,2-7.7-tetrakis (N, N'-) di paramethoxyphenyl-amine 9,9'-spirobifluorene) showed an efficiency of up to 5% and suggested a direction for the development of solid-state dye-sensitized solar cells without iodine [(1) Nature 1998, 395, 583. (2) Nano Lett. 2009, 9, 2487. (3) Nano Lett. 2007, 7, 3372. (4) J. Phys. Chem. C 2009, 113, 16816. (5) J. Am. Chem. Soc (6) Adv.Funct.Mate. 2009, 19, 1810. (7) Adv.Funct.Mate. 2009, 19, 2163. (8) Adv.Funct.Mate.2009, 19, 2431-436.
하지만, 이러한 유기 단분자를 정공전달물질로 사용하는 경우에는 태양열에 의해 물질이 쉽게 변질 될 수 있으며, 이는 태양전지의 효율 감소에 큰 영향을 미칠 수 있다. 또한, Spiro-OMeTAD의 비싼 가격(235 $/10 mg, 2010.07.25 기준, santa cruz biotechnology, inc)에 비하여 최고 5 %의 효율을 보여주고 있어서 경제적 측면과 효율 특성 측면에서 모두 한계가 있다.However, when the organic monomolecule is used as the hole transport material, the material may be easily changed by solar heat, which may greatly affect the efficiency of the solar cell. In addition, compared to the high price of Spiro-OMeTAD (235 $ / 10 mg, santa cruz biotechnology, Inc. as of July 25, 2010, santa cruz biotechnology, inc), the efficiency is limited in terms of both economic and efficiency characteristics.
이러한 유기 단분자의 문제점들을 해결하기 위하여, 유기고분자를 정공전달물질로 사용하는 연구가 진행되고 있다. 전도성 고분자에 대해서는 고분자의 종류, 중합방법, 전도도 등의 화학적, 물리적 특성에 관한 연구가 많이 진행되고 있으며, 유기고분자들은 비교적 가격이 저렴하면서 다루기가 쉬워서 다양한 전기소자에도 적용되고 있다.In order to solve these problems of organic single molecules, researches using organic polymers as hole transport materials have been conducted. BACKGROUND OF THE INVENTION Conductive polymers have been studied for chemical and physical properties such as polymer type, polymerization method and conductivity, and organic polymers have been applied to various electric devices because they are relatively inexpensive and easy to handle.
전도성 고분자는 그 합성방법에 따라 전기전도도가 다르게 나타나는데, 이는 전도성 고분자의 모폴로지, 주사슬의 공액구조의 배열정도, 뒤틀림 정도 등이 중합방법에 의해 결정되며, 이러한 특성들이 전기전도도에 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 전도성 고분자를 염료감응형 태양전지의 효율적인 정공전달물질로 적용하기 위해서는, 전기전도성을 높일 수 있는 전도성 고분자의 중합방법을 적용하는 것이 중요하다.The conductivity of the conductive polymer is different depending on the method of synthesis. The morphology of the conductive polymer, the degree of conjugation of the main chain, and the degree of warpage are determined by the polymerization method, and these properties affect the conductivity. to be. Therefore, in order to apply the conductive polymer as an efficient hole transport material of the dye-sensitized solar cell, it is important to apply a polymerization method of the conductive polymer to increase the electrical conductivity.
태양전지의 광전변환효율을 높이기 위하여 전기전도도가 높은 전도성 고분자를 사용하는 것 이외에 금속 산화물 박막 속에 정공전달 물질을 잘 침투시기는 것이 중요하다. 즉, 염료가 흡착되어 있는 박막 내부에 있는 금속산화물 나노입자들 사이사이의 공간에 정공전달물질을 얼마나 잘 침투시키느냐 또한 태양전지의 광전변환효율을 높이는 중요한 요소이다.In order to increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, it is important to penetrate the hole transport material well into the metal oxide thin film in addition to using a conductive polymer having high electrical conductivity. In other words, how well the hole transport material penetrates into the space between the metal oxide nanoparticles inside the thin film on which the dye is adsorbed is also an important factor to increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.
일반적으로 전도성 고분자는 대부분의 용매에 잘 녹지 않고, 중합된 고분자의 크기도 매우 크기 때문에 박막 내부에 침투시키기가 쉽지 않다. 유기용매 상에 소자를 담궈 전기증착법으로 폴리아닐린을 합성하여 이용한 태양전지는 1.15 %의 효율을 보여주었으며[J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18693.], 디아세틸렌 단량체를 침투시킨 후 광결합을 이용하여 공액구조를 만들어 이용한 연구는 0.8 %의 효율을 보이고 있다[J. Chem. Mater. 2006, 18, 4215.]. 또한, 폴리옥틸티오펜을 이용한 태양전지는 1.3 % 정도의 효율을 보여주었는데[AdV. Mater. 2006, 18, 2579.], 이러한 전도성 고분자들의 사용은 여전히 낮은 효율을 보여주었다.In general, the conductive polymer is poorly soluble in most solvents, and the polymerized polymer is also very large, making it difficult to penetrate into the thin film. The solar cell using the polyaniline synthesized by electro-deposition by immersing the device in the organic solvent showed an efficiency of 1.15% [J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18693.], The study using conjugated structure by optical coupling after penetrating the diacetylene monomer shows an efficiency of 0.8% [J. Chem. Mater. 2006, 18, 4215.]. In addition, solar cells using polyoctylthiophene showed an efficiency of about 1.3% [AdV. Mater. 2006, 18, 2579.], the use of these conductive polymers still showed low efficiency.
이러한 방법들은 소자를 용액에 담궈 전도성 고분자를 합성하여 염료의 탈착하는 등의 다단계를 거치는 복잡한 합성 방법이며, 간편한 스핀코팅 등의 방법으로는 전도성 고분자를 효과적으로 침투시키지 못하였다.These methods are complex synthesis methods that go through a multi-step process, such as dipping the dye into a solution by dipping the device in a solution, and a method such as simple spin coating did not effectively penetrate the conductive polymer.
전도성 고분자를 효과적으로 침투시켜서 합성하기 위하여, 광전기중합법 (photoelectric polymerization method)이 개발되었는데, 이 방법은 염료가 빛에 노출되었을 때 염료의 산화(oxidation)로부터 발생하는 전압을 이용하여 중합하는 방법이다.In order to effectively penetrate and synthesize the conductive polymer, a photoelectric polymerization method has been developed, which is a method of polymerization using a voltage generated from oxidation of a dye when the dye is exposed to light.
이 방법에 의할 경우에는, 전도성 고분자 단량체를 나노 입자 박막의 내부에 침투시킨 후 중합할 수 있다. 이러한 방법으로 최초에는 폴리피롤을 이용하여 0.1 %의 낮은 효율을 보여주었으나[Chem. Lett. 1997, 26,471.], 그 후 전도성이 좋은 PEDOT(poly-3,4-ethylenedioxythiophene)을 이용하기 위하여 EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene) 단량체를 사용하여 2.8 %[J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 1258]의 효율을 보여주었으며, 최근에는 6.1 %의 효율을 보여주었다[Adv. Mater. 2010, 22, E150-E155].In this method, the conductive polymer monomer can be polymerized after penetrating the inside of the nanoparticle thin film. In this way, polypyrrole was initially used to show a low efficiency of 0.1% [Chem. Lett. 1997, 26,471.], And then 2.8% [J. J. using 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) monomers to use highly conductive PEDOT (poly-3,4-ethylenedioxythiophene). AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 1258], and recently, 6.1% [Adv. Mater. 2010, 22, E150-E155].
하지만, 이러한 광전기중합법(photoelectric polymerization method)을 사용하는 경우에는 염료의 산화전압(oxidation potential)이 제한적 요소로 작용하게 된다.However, when the photoelectric polymerization method is used, the oxidation potential of the dye acts as a limiting factor.
염료는 그 종류에 따라서 화학적 구조와 성분으로부터 기인하는 각기 다른 산화전압을 가지고 있으며, 다양한 전도성 고분자 단량체도 중합에 필요한 각기 다른 산화전압을 가지기 때문에 염료와 전도성 고분자 단량체의 선택에 있어서 매우 제한적이다. 또한, 습식공정(wet process)을 사용하여서 중합 후 세척공정이 필요하며, 염료의 탈착과 공기 노출이 문제가 될 수 있다. 이러한 공정상의 복잡성과 문제점은 대량생산 가능성 및 전지의 안정성에 큰 문제가 될 수 있다.Dyes have different oxidation voltages resulting from chemical structures and components, and various conductive polymer monomers have different oxidation voltages required for polymerization, and thus are very limited in the selection of dyes and conductive polymer monomers. In addition, using a wet process (wet process) is necessary after the polymerization washing process, the dye desorption and air exposure may be a problem. This complexity and problems in the process can be a major problem in mass production potential and battery stability.
실제로 위의 2.8 %와 6.1 %의 효율을 보인 연구결과에서는 EDOT 단량체가 아닌 EDOT 단분자가 두 개 붙어있는 상태의 bis-EDOT을 사용하였는데, EDOT의 중합을 유도하기 위해서는 1.0V의 산화전압이 필요하지만[Adv. Mater. 9 (1997) 795.], 염료가 빛에 의해 발생시키는 산화전압은 0.59V정도의 전압에 불과하기 때문에[Chem. Rev. 95 (1995) 49.] EDOT를 단량체로 중합할 수 없으며, PEDOT을 만들기 위해서는 0.4 V의 산화전압을 같은 bis-EDOT을[Adv. Mater. 9 (1997) 795.] 추가적으로 합성하여 사용해야만 하는 번거로운 문제가 있었다.In fact, in the above studies showing efficiency of 2.8% and 6.1%, bis-EDOT with two EDOT monomolecules attached rather than EDOT monomer was used. In order to induce the polymerization of EDOT, an oxidation voltage of 1.0V is required. But [Adv. Mater. 9 (1997) 795.], since the oxidation voltage generated by light by dye is only about 0.59V [Chem. Rev. 95 (1995) 49.] It is not possible to polymerize EDOT into monomers, and to make PEDOT, bis-EDOT with the same oxidation voltage of 0.4 V [Adv. Mater. 9 (1997) 795.] There was an additional problem that had to be synthesized and used.
이러한 현상은 광전기중합법이 염료와 전도성 고분자 단량체의 선택에 있어서 매우 제한적이며, 다양한 염료와 전도성고분자 단량체의 사용 및 대량생산 공정에서의 문제점으로 작용한다.This phenomenon is photoelectric polymerization method is very limited in the selection of dyes and conductive polymer monomers, it is a problem in the use of various dyes and conductive polymer monomers and the mass production process.
따라서, 태양전지의 고효율화 및 양산화를 위해서는, 정공전달물질로 사용하기에 효과적인 전도성 고분자 자체의 개발뿐만 아니라 다양한 전도성 고분자를 적용할 수 있고, 효율을 높일 수 있으며, 다양한 염료에 적용이 가능하고, 간편하게 중합할 수 있는 전도성 고분자의 중합방법 및 태양전지 제조공정의 개발이 절실하다. Therefore, for high efficiency and mass production of solar cells, not only the development of conductive polymers effective for use as hole transport materials but also various conductive polymers can be applied, the efficiency can be increased, and various dyes can be applied easily. There is an urgent need for the polymerization of conductive polymers and the development of solar cell manufacturing processes.
본 발명의 목적은 제조방법이 간편하고 다양한 전도성 고분자나 염료에 적용이 가능하면서도 효율이 우수한 광전극의 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의하여 제조된 광전극을 포함하는 태양전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a photoelectrode which is simple in manufacturing method and is applicable to various conductive polymers or dyes and has excellent efficiency. Another object of the present invention is to provide a solar cell comprising a photoelectrode manufactured by the above manufacturing method.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광전극의 제조방법은 다공성 금속산화물 박막층에 염료를 흡착시키는 염료흡착단계, 용매에 용해된 전도성 고분자 단량체를 상기 염료가 흡착된 다공성 금속산화물 박막층에 침투시키는 단량체침투단계, 그리고 고체상 열중합으로 상기 전도성 고분자 단량체를 고분자로 합성하는 고분자합성단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a photoelectrode according to an embodiment of the present invention is a dye adsorption step of adsorbing a dye on the porous metal oxide thin film layer, the conductive metal monomer dissolved in a solvent, the dye is porous metal oxide A monomer penetrating step of penetrating the thin film layer, and a polymer synthesis step of synthesizing the conductive polymer monomer into a polymer by solid phase thermal polymerization.
상기 단량체침투단계와 상기 고분자합성단계의 사이에 상기 전도성 고분자 단량체를 용해한 용매를 증발시키는 용매증발단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a solvent evaporation step of evaporating a solvent in which the conductive polymer monomer is dissolved between the monomer penetration step and the polymer synthesis step.
상기 고분자합성단계는 20℃ 내지 200℃에서 이루어질 수 있다.The polymer synthesis step may be made at 20 ℃ to 200 ℃.
상기 전도성 고분자 단량체는 하기 화학식1, 화학식2, 화학식3, 화학식4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The conductive polymer monomer may be any one selected from the group consisting of Formula 1, Formula 2, Formula 3, Formula 4, and combinations thereof.
[화학식1][Formula 1]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000001
Figure PCTKR2011007874-appb-I000001
[화학식2][Formula 2]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000002
Figure PCTKR2011007874-appb-I000002
[화학식3][Formula 3]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000003
Figure PCTKR2011007874-appb-I000003
[화학식4][Formula 4]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000004
Figure PCTKR2011007874-appb-I000004
상기 화학식 1 내지 4에서, 상기 X는 각각 독립적으로 S, NR11, Se 및 Te로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 R11은 수소, 알킬기 및 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 상기 Y1 내지 Y8은 각각 독립적으로 I, Br, Cl 및 F로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 Z1 내지 Z6은 각각 독립적으로 CR12R13, NR14, O 및 S 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 R12, R13 및 R14은 각각 독립적으로 수소, 알킬기 및 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 상기 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 헤테로알킬기, 알킬에스테르기, 알킬카보네이트기, 시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 헤테로시클로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.In Chemical Formulas 1 to 4, each X is independently one selected from the group consisting of S, NR 11 , Se, and Te, and R 11 is any one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, and a heteroalkyl group. Y 1 to Y 8 are each independently selected from the group consisting of I, Br, Cl and F, and Z 1 to Z 6 are each independently CR 12 R 13 , NR 14 , O and S in the group consisting of Any one selected, and R 12 , R 13 and R 14 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group and a heteroalkyl group, and R 1 to R 8 are each independently hydrogen, an alkyl group, a heteroalkyl group, Any one selected from the group consisting of an alkyl ester group, an alkyl carbonate group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, a heterocycloalkyl group, and a combination thereof.
상기 단량체침투단계에서 상기 전도성 고분자 단량체의 용매는 디클로로메탄(MC), 클로로포름, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트, 디메틸비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트(MEC), 메틸프로필 카보네이트, 메틸부틸 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 아이소프로필알콜, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 헵타올, 데카올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 피나콜, 프로피온산메틸, 피발린산메틸, 피발린산부틸, 피발린산헥실, 피발린산옥틸, 옥살산디메틸, 옥살산에틸메틸, 옥살산디에틸, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥세인, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 1,2-디부톡시에탄, 디메틸포름아마이드, 인산트리메틸, 인산트리부틸, 인산트리옥틸, 디비닐 술폰, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤, α-안겔리카락톤, 아디포니트릴, 1,4-프로판 술톤, 1,4-부탄디올 디메탄 술포네이트, 프로필렌 술파이트, 글리콜 술페이트, 프로필렌 술페이트, 디프로파길 술파이트, 메틸 프로파길 술파이트, 에틸 프로파길 술파이트, 프로필렌 술파이트, 글리콜 술페이트, 프로필렌 술페이트, 톨루엔, 헥산, 자일렌, 아세톤 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In the monomer penetration step, the solvent of the conductive polymer monomer is dichloromethane (MC), chloroform, acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, methylethyl Carbonate (MEC), methylpropyl carbonate, methylbutyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, methanol, ethanol, butanol, propanol, isopropyl alcohol, Hexanol, heptanol, octanol, heptol, decaol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, pinacol, methyl propionate, methyl pivalate, butyl pivalate, hexyl pivalate, Octyl pivalate, dimethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, diethyl oxalate, tetrahydrofuran, 2-methyltet Hydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, dimethylformamide, trimethyl phosphate, tributyl phosphate, trioctyl phosphate, di Vinyl sulfone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone, α-angelicalactone, adiponitrile, 1,4-propane sultone, 1,4-butanediol dimethane sulfonate, propylene sulfite, glycol sulfate , Propylene sulphate, dipropargyl sulphite, methyl propargyl sulphite, ethyl propargyl sulphite, propylene sulphite, glycol sulphate, propylene sulphate, toluene, hexane, xylene, acetone and combinations thereof It may be any one selected from.
상기 전도성 고분자 단량체는 상기 단량체침투단계에서 상기 전도성 고분자 단량체의 용매 100 중량부에 대하여 0.0000001 내지 10000 중량부로 포함하는 것일 수 있다.The conductive polymer monomer may include 0.0000001 to 10000 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent of the conductive polymer monomer in the monomer penetration step.
상기 고분자 합성단계 이후에 비휘발성 이온성 액체 및 이온염을 포함하는 첨가제를 주입하는 첨가제주입단계가 더 포함될 수 있다.An additive injection step of injecting an additive including a nonvolatile ionic liquid and an ionic salt may be further included after the polymer synthesis step.
상기 비휘발성 이온성 액체는 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 요오드, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디시아나미드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 크로라이드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 테트라플로오로보레이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 비스(트리플루오로메테인술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 트리플루오로메테인술포네이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 트리플루오로아세테이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 디시아나미드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 염, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 테트라클로로페레이트, 4-터트-부틸피리딘, 사카린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The non-volatile ionic liquid is 1-methyl-3-propylimidazolium iodine, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamid, 1-butyl-3-methyl-imidazolium chromide, 1-butyl 3-Methyl-imidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) De, 1-butyl-3-methyl-imidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium trifluoroacetate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium dicyana Mead, 1-butyl-3-methyl-imidazolium thiocyanate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium salt, 1-butyl-3-methyl-imidazolium tetrachloroperate, 4-tert- It may be any one selected from the group consisting of butylpyridine, saccharin and combinations thereof.
상기 이온염은 암모늄염, 나트륨염, 리튬염 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The ion salt may be any one selected from the group consisting of ammonium salt, sodium salt, lithium salt and combinations thereof.
상기 첨가제는 4-터트-부틸피리딘을 더 포함한 것일 수 있다.The additive may further include 4-tert-butylpyridine.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지는 상기 광전극의 제조방법으로 제조한 광전극을 포함한다.The solar cell according to another embodiment of the present invention includes a photoelectrode manufactured by the method of manufacturing the photoelectrode.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 명세서에서 모든 화합물 또는 치환기는 특별한 언급이 없는 한 치환되거나 비치환된 것일 수 있다. All compounds or substituents herein may be substituted or unsubstituted unless otherwise specified.
여기서, 치환된이란 수소가 할로겐 원자, 하이드록시기, 카르복시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 사이오기, 메틸사이오기, 알콕시기, 나이트릴기, 알데하이드기, 에폭시기, 에테르기, 에스터기, 에스테르기, 카르보닐기, 아세탈기, 케톤기, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알릴기, 벤질기, 아릴기, 헤테로아릴기, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 대체된 것을 의미한다.Herein, substituted Iran hydrogen is a halogen atom, a hydroxy group, a carboxy group, a cyano group, a nitro group, an amino group, a thio group, a methyl thio group, an alkoxy group, a nitrile group, an aldehyde group, an epoxy group, an ether group, an ester group, an ester group , Carbonyl group, acetal group, ketone group, alkyl group, cycloalkyl group, heterocycloalkyl group, allyl group, benzyl group, aryl group, heteroaryl group, derivatives thereof, and any combination thereof. do.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 접두어 헤테로는 -N-, -O-, -S- 및 -P-로 이루어진 군에서 선택되는 1 내지 3개의 헤테로 원자가 탄소 원자를 치환하고 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 헤테로알킬기는 알킬기의 탄소원자 중에서 1 내지 3개의 탄소 원자를 상기 헤테로 원자가 치환하고 있는 것을 의미한다.Unless stated otherwise in the present specification, the prefix hetero means that one to three heteroatoms selected from the group consisting of -N-, -O-, -S-, and -P- replace a carbon atom. For example, a heteroalkyl group means that the said hetero atom substitutes 1-3 carbon atoms in the carbon atom of an alkyl group.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 알킬기는 직쇄 또는 분쇄의 탄소수 1 내지 30인 알킬기, 헤테로알킬기는 탄소수 1 내지 30인 헤테로알킬기, 알킬에스테르기는 탄소수 1 내지 20의 알킬에스테르기, 알킬카보네이트기는 탄소수 1 내지 20의 알킬카보네이트기, 시클로알킬기는 탄소수 3 내지 32의 시클로알킬기, 아릴기는 탄소수 6 내지 30인 아릴기, 헤테로아릴기는 탄소수 2 내지 30인 헤테로아릴기, 헤테로시클로알킬기는 탄소수 2 내지 32인 헤테로시클로알킬기를 의미한다.Unless otherwise specified in the present specification, an alkyl group is a linear or pulverized alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a heteroalkyl group is a heteroalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkylester group is an alkyl ester group having 1 to 20 carbon atoms, and an alkylcarbonate group having 1 to 30 carbon atoms 20 alkyl carbonate group, cycloalkyl group is a cycloalkyl group having 3 to 32 carbon atoms, aryl group is an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, heteroaryl group is a heteroaryl group having 2 to 30 carbon atoms, heterocycloalkyl group is a heterocycloalkyl having 2 to 32 carbon atoms It means an alkyl group.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 알킬에스테르기는 에스테르기 및 알킬기를 포함하는 화합물 및 이의 유도체를 의미하고, 알킬카보네이트기는 카보네이트기 및 알킬기를 포함하는 화합물 및 이의 유도체를 의미한다.Unless stated otherwise in the specification, an alkylester group means a compound including an ester group and an alkyl group and a derivative thereof, and an alkylcarbonate group means a compound including a carbonate group and an alkyl group and a derivative thereof.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 태양전지는 염료감응형 태양전지, 전고체형 박막 전지, 박막 실리콘 태양전지 및 이들의 하이브리드형을 포함하고, 이하 염료감응형 태양전지를 기준으로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.Unless otherwise specified in the present specification, a solar cell includes a dye-sensitized solar cell, an all-solid-type thin film cell, a thin film silicon solar cell, and a hybrid thereof, and the following description will be made based on the dye-sensitized solar cell, but is not limited thereto. no.
도1을 참조하면, 본 발명의 광전극의 제조방법은 염료흡착단계(S10), 단량체침투단계(S20), 그리고 고분자합성단계(S30)를 포함한다.Referring to Figure 1, the manufacturing method of the photoelectrode of the present invention includes a dye adsorption step (S10), a monomer penetration step (S20), and a polymer synthesis step (S30).
상기 염료흡착단계(S10)는 다공성 금속산화물 박막층에 염료를 흡착시키는 단계를 포함한다.The dye adsorption step (S10) includes the step of adsorbing the dye on the porous metal oxide thin film layer.
상기 다공성 금속산화물 박막층은 전도성 투명 전극상에 형성되고, 상기 전도성 투명 전극은 기판상에 형성될 수 있다.The porous metal oxide thin film layer may be formed on a conductive transparent electrode, and the conductive transparent electrode may be formed on a substrate.
상기 기판은 태양전지에서 통상 사용되는 기판이면 한정되지 않으며, 유리 또는 플라스틱 기판을 포함한다.The substrate is not limited as long as it is a substrate commonly used in solar cells, and includes a glass or plastic substrate.
상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(poly(ethylene terephthalate)), 폴리에틸렌나프탈레이트(poly(ethylene naphthalate)), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리이미드(polyimide), 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose), 폴리에테르술폰(polyethersulfone) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 이들의 혼합물일 수 있다.The plastic substrate is polyethylene terephthalate (poly (ethylene terephthalate)), polyethylene naphthalate (poly (ethylene naphthalate)), polycarbonate (polycarbonate), polypropylene (polypropylene), polyimide (polyimide), triacetyl cellulose (triacetyl cellulose ), Polyethersulfone, and any one selected from the group consisting of copolymers thereof, and mixtures thereof.
상기 전도성 투명 전극은 전도성 투명 전극으로 사용되는 것이면 한정되지 아니하나, 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 산화주석, 안티몬 틴옥사이드(antimony tin oxide, ATO), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The conductive transparent electrode is not limited as long as it is used as a conductive transparent electrode, but is indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al It may be any one selected from the group consisting of 2 O 3 , tin oxide, antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (zinc oxide) and combinations thereof.
상기 다공성 금속 산화물 박막층은 상기 기판에 3 um 이상의 두께로 형성할 수 있고, 3 um 내지 30 um으로 형성할 수 있다. 바람직하게 11um 이상의 두께로 형성할 수 있고, 11 um 내지 30 um으로 형성할 수 있다. The porous metal oxide thin film layer may be formed in a thickness of 3 um or more on the substrate, it may be formed of 3 um to 30 um. Preferably it can be formed in a thickness of 11um or more, it can be formed in 11um to 30um.
금속 산화물 박막층은 두껍게 만들수록 염료 흡착량이 늘어나기 때문에 전류밀도의 증가에 유리하며, 상기 다공성 금속 산화물 박막층을 상기 두께로 형성하는 경우에는 전도성 고분자를 충분히 침투시켜서 넓은 표면적의 전도성 고분자를 합성할 수 있어서 광전변환효율을 높일 수 있다.As the metal oxide thin film layer is made thicker, the amount of dye adsorption increases, which is advantageous for increasing the current density. When the porous metal oxide thin film layer is formed at the thickness, the conductive polymer can be sufficiently penetrated to synthesize a conductive polymer having a large surface area. Photoelectric conversion efficiency can be improved.
상기 다공성 금속 산화물 박막층은 나노입자졸을 사용하여 형성시킬 수 있고, 상기 나노입자의 입경은 1 nm 내지 300 nm일 수 있고, 10 nm 내지 60 nm인 것일 수 있다. 상기 나노입자졸을 이용하여 상기 다공성 금속 산화물 박막층을 형성하는 경우에 투명전극과 금속 산화물 박막층 사이의 접착성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.The porous metal oxide thin film layer may be formed using a nanoparticle sol, the particle diameter of the nanoparticles may be 1 nm to 300 nm, may be 10 nm to 60 nm. When the porous metal oxide thin film layer is formed using the nanoparticle sol, adhesion and durability between the transparent electrode and the metal oxide thin film layer may be improved.
상기 다공성 금속 산화물 박막층은 상기 나노입자를 포함하는 용액을 상기 기판에 도포하여 형성시킬 수 있고, 상기 도포방법은 특별히 한정되지 않으나, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비아 코팅법, 딥코팅법, 실크스크린법, 페인팅법, 슬릿다이를 이용한 코팅법, 스핀코팅법, 롤코팅법, 전사코팅법 등이 이용될 수 있고, 다공성 막을 균일한 두께로 형성시키기에 적절한 닥터 블레이드법을 사용하여 도포할 수 있다.The porous metal oxide thin film layer may be formed by applying a solution containing the nanoparticles to the substrate, the coating method is not particularly limited, screen printing method, spray coating method, coating method using a doctor blade, gravure coating Method, dip coating method, silk screen method, painting method, coating method using slit die, spin coating method, roll coating method, transfer coating method and the like can be used, and the doctor blade suitable for forming a porous film with a uniform thickness It can be applied using a method.
상기 투명전극 위에 형성되는 다공성 금속산화물 박막 층을 이루는 금속산화물은 -M-O-M-의 산화물 네트워크로 나타내어질 수 있으며, M은 Ti, Zn, Nb, W 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The metal oxide forming the porous metal oxide thin film layer formed on the transparent electrode may be represented by an oxide network of -MOM-, and M may be selected from the group consisting of Ti, Zn, Nb, W, and combinations thereof. It is not limited.
상기 염료로는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 금속 복합체를 사용할 수 있고, 인돌린계(indoline) 염료를 사용할 수도 있으며, 상기 염료들을 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The dye includes a metal complex including any one selected from the group consisting of aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir), and ruthenium (Ru). May be used, an indoline dye may be used, or two or more of the dyes may be mixed.
상기 단량체침투단계(S20)는 용매에 용해된 전도성 고분자 단량체를 상기 염료가 흡착된 다공성 금속산화물 박막층에 침투시키는 과정을 포함한다.The monomer penetration step (S20) includes a step of infiltrating the conductive polymer monomer dissolved in the solvent into the porous metal oxide thin film layer adsorbed by the dye.
상기 단량체침투단계(S20)에서 사용하는 단량체의 용매로는 비수성 용매를 사용할 수 있고, 구체적으로, 디클로로메탄(MC), 클로로포름, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트, 디메틸비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트(MEC), 메틸프로필 카보네이트, 메틸부틸 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 아이소프로필알콜, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 헵타올, 데카올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 피나콜, 프로피온산메틸, 피발린산메틸, 피발린산부틸, 피발린산헥실, 피발린산옥틸, 옥살산디메틸, 옥살산에틸메틸, 옥살산디에틸, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥세인, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 1,2-디부톡시에탄, 디메틸포름아마이드, 인산트리메틸, 인산트리부틸, 인산트리옥틸, 디비닐 술폰, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤, α-안겔리카락톤, 아디포니트릴, 1,4-프로판 술톤, 1,4-부탄디올 디메탄 술포네이트, 프로필렌 술파이트, 글리콜 술페이트, 프로필렌 술페이트, 디프로파길 술파이트, 메틸 프로파길 술파이트, 에틸 프로파길 술파이트, 프로필렌 술파이트, 글리콜 술페이트, 프로필렌 술페이트, 톨루엔, 헥산, 자일렌, 아세톤 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게 알코올류 및 글리콜류일 수 있다. As the solvent of the monomer used in the monomer penetration step (S20), a non-aqueous solvent may be used. Specifically, dichloromethane (MC), chloroform, acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butyl Ethylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, methylethyl carbonate (MEC), methylpropyl carbonate, methylbutyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, dibutyl Carbonate, methanol, ethanol, butanol, propanol, isopropyl alcohol, hexanol, heptanol, octanol, heptaol, decaol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, pinacol, methyl propionate, blood Methyl valine, butyl pivalate, hexyl pivalate, octyl pivalate, dimethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, oxalic acid Ethyl, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, dimethylformamide, trimethyl phosphate , Tributyl phosphate, trioctyl phosphate, divinyl sulfone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone, α-angelicalactone, adiponitrile, 1,4-propane sultone, 1,4-butanediol dimethane Sulfonate, Propylene Sulfate, Glycol Sulfate, Propylene Sulfate, Dipropargyl Sulfite, Methyl Propargyl Sulfite, Ethyl Propargyl Sulfite, Propylene Sulfite, Glycol Sulfate, Propylene Sulfate, Toluene, Hexane, Xyl It may be any one selected from the group consisting of ene, acetone and combinations thereof, preferably alcohols and glycols.
상기 단량체침투단계(S20)에서 사용하는 단량체의 용매로 상기 비수성 용매를 사용하는 경우에는 전도성 고분자 단량체를 금속산화물 박막에 효과적으로 침투시킬 수 있다.When the non-aqueous solvent is used as the solvent of the monomer used in the monomer penetration step (S20), the conductive polymer monomer can effectively penetrate the metal oxide thin film.
상기 전도성 고분자 단량체는 열중합 가능한 전도성 고분자 단량체를 적용할 수 있으며, 구체적으로 하기 화학식1, 화학식2, 화학식3, 화학식4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The conductive polymer monomer may be a conductive polymer monomer capable of thermal polymerization, and specifically, may be any one selected from the group consisting of Formula 1, Formula 2, Formula 3, Formula 4, and combinations thereof.
[화학식1][Formula 1]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000005
Figure PCTKR2011007874-appb-I000005
[화학식2][Formula 2]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000006
Figure PCTKR2011007874-appb-I000006
[화학식3][Formula 3]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000007
Figure PCTKR2011007874-appb-I000007
[화학식4][Formula 4]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000008
Figure PCTKR2011007874-appb-I000008
상기 화학식 1 내지 4에서,In Chemical Formulas 1 to 4,
상기 X는 각각 독립적으로 S, NR11, Se 및 Te로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 R11은 수소, 알킬기 및 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나며, 바람직하게 상기 R11은 수소 및 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.X is each independently selected from the group consisting of S, NR 11 , Se and Te, wherein R 11 is any one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group and a heteroalkyl group, preferably R 11 is hydrogen and It may be any one selected from the group consisting of alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms.
상기 Y1 내지 Y8은 각각 독립적으로 I, Br, Cl 및 F로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 Z1 내지 Z6은 각각 독립적으로 CR12R13, NR14, O 및 S로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.Y 1 to Y 8 are each independently selected from the group consisting of I, Br, Cl and F, and Z 1 to Z 6 are each independently selected from CR 12 R 13 , NR 14 , O and S Any one selected from.
상기 R12, R13 및 R14은 각각 독립적으로 수소, 알킬기 및 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 바람직하게 수소 및 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.R 12 , R 13 and R 14 are each independently one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group and a heteroalkyl group, and preferably may be any one selected from the group consisting of hydrogen and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
상기 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 헤테로알킬기, 알킬에스테르기, 알킬카보네이트기, 시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 헤테로시클로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.R 1 to R 8 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, a heteroalkyl group, an alkylester group, an alkylcarbonate group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, a heterocycloalkyl group, and a combination thereof .
상기 화학식 1 내지 4에서, 바람직하게 상기 X는 각각 독립적으로 S 및 Se로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 상기 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알킬에스테르기, 탄소수 1 내지 10의 알킬카보네이트기, 탄소수 3 내지 15인 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기 및 탄소수 2 내지 10의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In Chemical Formulas 1 to 4, preferably, X may be any one independently selected from the group consisting of S and Se, and each of R 1 to R 8 is independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 1 carbon atom. An alkyl ester group of 10 to 10, an alkyl carbonate group of 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group of 3 to 15 carbon atoms, an aryl group of 6 to 20 carbon atoms, a heteroaryl group of 2 to 20 carbon atoms, and a heterocycloalkyl group of 2 to 10 carbon atoms It may be any one selected from the group consisting of.
상기 전도성 고분자 단량체로 상기 화학식1 내지 4의 단량체를 사용하는 경우에는 열중합에 의하여 고체상태에서 전도성고분자로 중합이 가능하고, 전기전도성이 우수하며, 다공성 박막으로 단량체의 침투가 용이하다.In the case of using the monomer of Chemical Formulas 1 to 4 as the conductive polymer monomer, the polymer can be polymerized into a conductive polymer in a solid state by thermal polymerization, has excellent electrical conductivity, and easily penetrates the monomer into the porous thin film.
바람직하게 상기 전도성 고분자 단량체로 EDOT, EDOS 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 이러한 경우 광전극 내에 전도성 고분자의 대량합성이 가능하면서도 합성이 용이하고, 경제성이 있으면서도 전도도가 높아서 태양전지의 경제적 대량생산이 가능하다.Preferably, any one selected from the group consisting of EDOT, EDOS, and combinations thereof may be used as the conductive polymer monomer. In this case, mass synthesis of the conductive polymer in the photoelectrode is possible, but the synthesis is easy, and economical and high conductivity is possible, so that economic mass production of the solar cell is possible.
상기 전도성 고분자 단량체는 열중합이 가능한 것으로, 다공성 박막에 단량체의 형태로 침투되어 이후 열중합의 과정을 거치면서 하기 화학식 5 내지 화학식 8의 형태로 중합될 수 있다.The conductive polymer monomer may be thermally polymerized, penetrated into the porous thin film in the form of monomer, and then polymerized in the form of Chemical Formulas 5 to 8 while undergoing thermal polymerization.
[화학식 5][Formula 5]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000009
Figure PCTKR2011007874-appb-I000009
[화학식 6][Formula 6]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000010
Figure PCTKR2011007874-appb-I000010
[화학식 7][Formula 7]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000011
Figure PCTKR2011007874-appb-I000011
[화학식 8][Formula 8]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000012
Figure PCTKR2011007874-appb-I000012
상기 화학식5 내지 8에서, 상기 n은 각각 독립적으로 1 내지 1000000 사이의 자연수이고, 상기 X, Z1 내지 Z6, R1 내지 R8에 관한 정의는 상기 화학식1 내지 화학식4에서와 동일하므로 그 기재를 생략한다.In Formulas 5 to 8, n is each independently a natural number between 1 and 1000000, and the definitions for X, Z 1 to Z 6 and R 1 to R 8 are the same as in Formulas 1 to 4 Omit the description.
상기 전도성 고분자 단량체가 포함된 용액은 상기 전도성 고분자의 단량체를 0.001 내지 99.99 중량%로 포함할 수 있고, 1 내지 60 중량%로 포함할 수 있다.The solution containing the conductive polymer monomer may include from 0.001 to 99.99% by weight of the monomer of the conductive polymer, it may comprise from 1 to 60% by weight.
상기 전도성 고분자 단량체를 포함하는 용액의 농도가 0.001 중량% 미만이면 용액을 여러 번 투하하여야 하는 번거로움이 있고 효과적인 중합을 나타낼 수 없으며, 용액의 농도가 99.99 중량%를 초과하면 단량체가 다공성 박막에 효과적으로 침투하기 어려울 수 있다.When the concentration of the solution containing the conductive polymer monomer is less than 0.001% by weight, it is cumbersome and effective polymerization of the solution multiple times, and when the concentration of the solution exceeds 99.99% by weight, the monomer is effectively applied to the porous thin film. It can be difficult to penetrate.
상기 전도성 고분자 단량체가 포함된 용액의 사용량은 단량체의 종류, 용액의 종류, 광전극 층의 두께 등을 고려하여 적절한 양으로 사용할 수 있다.The amount of the solution containing the conductive polymer monomer may be used in an appropriate amount in consideration of the kind of the monomer, the kind of the solution, the thickness of the photoelectrode layer, and the like.
상기 전도성 고분자 단량체를 포함하는 용액의 용매는 상기 전도성 고분자 단량체를 열중합하는 상기 고분자합성단계의 이전에 제거될 수 있고, 바람직하게 증발하여 제거될 수 있다.The solvent of the solution containing the conductive polymer monomer may be removed before the polymer synthesis step of thermally polymerizing the conductive polymer monomer, and preferably may be removed by evaporation.
상기 고분자합성단계(S30)는 고체상 열중합으로 상기 전도성 고분자를 합성하는 과정을 포함한다.The polymer synthesis step (S30) includes a process of synthesizing the conductive polymer by solid-phase thermal polymerization.
상기 고체상 열중합은 20℃ 내지 200℃에서 이루어질 수 있고, 50℃ 내지 100℃에서 이루어질 수 있다. 상기 열중합 온도가 20℃ 미만인 경우에는 중합에 필요한 시간이 너무 길어질 수 있고, 상기 열중합 온도가 200℃를 초과하는 경우에는 중합이 일어나지 않거나, 낮은 전도도의 전도성 고분자가 중합될 수 있다. 상기 열중합에서 상기 온도의 유지를 위해서는 온풍, 핫플레이트, 오븐 등을 이용할 수 있으며, 상기 온도로 유지할 수 있는 것이라면 한정되지 아니하나 챔버(chamber)를 사용하는 것이 바람직하다.The solid-phase thermal polymerization may be made at 20 ℃ to 200 ℃, it may be made at 50 ℃ to 100 ℃. When the thermal polymerization temperature is less than 20 ° C, the time required for the polymerization may be too long, and when the thermal polymerization temperature exceeds 200 ° C, polymerization may not occur or a conductive polymer having low conductivity may be polymerized. In order to maintain the temperature in the thermal polymerization, a warm air, a hot plate, an oven, or the like may be used, and if the temperature can be maintained, it is not limited, but it is preferable to use a chamber.
상기 고분자합성단계 이후에는 비휘발성 이온성 액체 및 이온염을 포함하는 첨가제를 주입하는 첨가제주입단계(S40)가 더 포함될 수 있다.After the polymer synthesis step, an additive injection step (S40) for injecting an additive including a nonvolatile ionic liquid and an ionic salt may be further included.
상기 첨가제는 비휘발성 이온성 액체와 이온염의 혼합물일 수 있고, 상기 이온성 액체의 음이온과 이온염은 형태와 크기가 다른 것일 수 있다.The additive may be a mixture of a nonvolatile ionic liquid and an ionic salt, and the anion and ionic salt of the ionic liquid may be different in form and size.
상기 비휘발성 이온성 액체로는 바람직하게 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 요오드 (1-methyl-3-propylimidazolium iodide), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디시아나미드 (1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 크로라이드 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Chloride), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 테트라플로오로보레이트 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Tetrafluoroborate), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Hexafluorophosphate), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 비스(트리플루오로메테인술포닐)이미드 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 트리플루오로메테인술포네이트 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium trifluoromethanesulfonate), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 트리플루오로아세테이트 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium trifluoroacetate), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 디시아나미드 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Dicyanamide), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 티오시아네이트 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Tiocyanate), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 염 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium salt), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 테트라클로로페레이트 (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Tetrachloroferrate), 4-터트-부틸피리딘 (4-tert-butylpyridine), 사카린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.The nonvolatile ionic liquid is preferably 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamid (1-ethyl- 3-methylimidazolium dicyanamide), 1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Chloride, 1-butyl-3-methyl-imidazolium tetrafluoroborate (1- Butyl-3-Methyl-Imidazolium Tetrafluoroborate), 1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Hexafluorophosphate, 1-Butyl-3-methyl-imidazolium bis (Trifluoromethanesulfonyl) imide (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), 1-butyl-3-methyl-imidazolium trifluoromethanesulfonate (1-Butyl- 3-Methyl-Imidazolium trifluoromethanesulfonate), 1-Butyl-3-methyl-imidazolium trifluoroacetate, 1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium trifluoroacetate, 1 -Butyl-3-methyl-imidazolium dicyanamide (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Dicyanamide), 1-butyl-3-methyl-imidazolium thiocyanate (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium Tiocyanate), 1-butyl-3-methyl-imidazolium salt (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium salt), 1-butyl-3-methyl-imidazolium tetrachloroperate (1-Butyl-3- Methyl-Imidazolium Tetrachloroferrate), 4-tert-butylpyridine, 4-tert-butylpyridine, saccharin and any combination thereof may be used.
상기 이온염은 암모늄염, 나트륨염, 리튬염 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The ionic salt may be any one selected from the group consisting of ammonium salt, sodium salt, lithium salt and combinations thereof.
상기 암모늄염은 n-Bu4NClO4, n-Bu4NPF6, n-Bu4NBF4, n-Et4NClO4, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 상기 나트륨염은 NaPF6, NaBF4, NaClO4, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 리튬염은 LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiPF4(CF3)2, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiPF3(iso-C3F7)3, LiPF5(iso-C3F7), (CF2)2(SO2)2NLi, (CF2)3(SO2)2Nli 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 이들에 포함되는 수소가 쇄상 알킬기로 치환된 것일 수 있다.The ammonium salt is n-Bu4NClO4, n-Bu4NPF6, n-Bu4NBF4, n-Et4NClO4, And combinations thereof may be any one selected from the group consisting of, the sodium salt is NaPF6, NaBF4, NaClO4And, and any combination thereof may be selected from the group consisting of, the lithium salt is LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiN (SO2CF3)2, LiN (SO2C2F5)2, LiCF3SO3, LiC (SO2CF3)3, LiPF4(CF3)2, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiPF3(iso-C3F7)3, LiPF5(iso-C3F7), (CF2)2(SO2)2NLi, (CF2)3(SO2) 2It may be any one selected from the group consisting of Nli and combinations thereof, and hydrogen included in them may be substituted with a chain alkyl group.
상기 이온염은, 바람직하게 n-Bu4NClO4, n-Bu4NPF6, n-Bu4NBF4, NaClO4, n-Et4NClO4, LiClO4, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiPF4(CF3)2, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiPF3(iso-C3F7)3, LiPF5(iso-C3F7) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 이러한 경우에는 상기 이온염이 전도성 고분자에 추가로 도핑되어 전류의 양이 증가할 수 있다.The ion salt is preferably n-Bu4NClO 4 , n-Bu4NPF 6, n-Bu 4N BF 4 , NaClO 4 , n-Et 4 NClO 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3, LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 ( iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ) and combinations thereof, in which case the ion salt is further doped into the conductive polymer to The amount of may increase.
상기 이온염은 상기 비휘발성 이온성 액체에 1:0.0000001 내지 1:200의 몰로 사용할 수 있다.The ionic salt may be used in a molar of 1: 0.0000001 to 1: 200 in the nonvolatile ionic liquid.
또한, 상기 첨가제는 4-터트-부틸피리딘을 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제에 상기 4-터트-부틸피리딘를 더 포함하는 경우에는 광전변환효율을 높일 수 있다.In addition, the additive may further include 4-tert-butylpyridine. When the additive further comprises the 4-tert-butylpyridine can increase the photoelectric conversion efficiency.
본 발명의 다른 일 실시예인 태양전지는 상기 제조방법에 의하여 제조된 광전극을 포함한다. 구체적으로, 상기 광전극의 반대 전극을 덮고, 가압하며 실링해서 태양전지를 제조하나 태양전지를 제조하는 방법이라면 제한없이 적용할 수 있다.Another embodiment of the present invention is a solar cell includes a photoelectrode manufactured by the manufacturing method. Specifically, the solar cell is manufactured by covering, pressing, and sealing the opposite electrode of the photoelectrode, but any method may be used without limitation as long as it is a method of manufacturing the solar cell.
상기 반대 전극은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorinetin oxide: FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 산화주석, 안티몬 틴옥사이드(antimony tin oxide, ATO), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 도전층을 가지는 기판으로써, 기판은 투명한 유리 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다.The counter electrode may be indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , tin oxide, antimony tin oxide , ATO), zinc oxide, and a substrate having a conductive layer including one selected from the group consisting of a combination thereof, the substrate may include a transparent glass or plastic substrate.
상기 기판에 관한 설명은 본 발명의 광전극의 제조에 사용되는 기판과 설명이 동일한 바 그 기재를 생략한다.The description of the substrate is the same as the description of the substrate used in the manufacture of the photoelectrode of the present invention, the description thereof is omitted.
상기 광전극의 제조방법은 고상중합이 가능한 전도성 고분자 단량체를 유기용매에 녹인 후 염료가 흡착되어 있는 금속산화물 나노 입자 박막 속의 나노입자 사이사이의 공간에 투입하여 전도성 고분자 단량체를 효과적으로 침투시킨 후 열에 의해 간단히 전도성 고분자를 중합시켜서, 전도도가 높은 전도성 고분자를 정공전달 물질로 도입한다.The method of manufacturing the photoelectrode dissolves a conductive polymer monomer capable of solid-phase polymerization in an organic solvent and then inserts it into a space between nanoparticles in a metal oxide nanoparticle thin film in which dye is adsorbed, thereby effectively penetrating the conductive polymer monomer by heat. By simply polymerizing the conductive polymer, a conductive polymer having high conductivity is introduced into the hole transport material.
본 발명의 다른 일 실시예인 상기 광전극을 포함하는 태양전지는 염료감응형 태양전지, 전고체형 박막 전지, 박막 실리콘 태양전지 및 이들의 하이브리드형일 수 있고, 바람직하게 염료감응형 태양전지일 수 있다.The solar cell including the photoelectrode according to another embodiment of the present invention may be a dye-sensitized solar cell, an all-solid-state thin film cell, a thin film silicon solar cell, and a hybrid thereof, and preferably, may be a dye-sensitized solar cell.
상기 방법으로 제조한 광전극을 포함하는 태양전지는 기존의 태양전지의 복잡한 제조방법을 단순하게 개선하고, 안정성이 높고, 양산화가 가능한 태양전지의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 광전극을 포함하는 염료감응형 태양전지는 요오드를 정공전달물질로 포함하지 않는 광전변환 효율이 높은 고체상 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있도록 한다.The solar cell including the photoelectrode manufactured by the above method simply improves the complex manufacturing method of the existing solar cell, and provides a method of manufacturing a solar cell having high stability and mass production. In addition, the dye-sensitized solar cell including the photoelectrode of the present invention enables to manufacture a solid-state dye-sensitized solar cell having high photoelectric conversion efficiency that does not include iodine as a hole transport material.
본 발명의 광전극의 제조방법은 제조방법이 간편하고 다양한 전도성 고분자나 염료에 적용이 가능하면서도 광전변환효율이 우수하다. 또한, 상기 광전극을 포함하는 태양전지는 제조방법이 간편하고 다양한 전도성 고분자나 염료에 적용이 가능하면서도 광전변환효율이 우수하다.The manufacturing method of the photoelectrode of the present invention is easy to manufacture and can be applied to various conductive polymers or dyes, but also has excellent photoelectric conversion efficiency. In addition, the solar cell including the photoelectrode is easy to manufacture and can be applied to a variety of conductive polymers or dyes, but also has excellent photoelectric conversion efficiency.
도1은 본 발명의 일 실시예인 광전극의 제조방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photoelectrode according to an embodiment of the present invention.
도2는 광전극의 제조예에서 형성한 이산화티타늄 박막층 단면의 FE-SEM 사진이다.Fig. 2 is a FE-SEM photograph of a cross section of a titanium dioxide thin film layer formed in the preparation example of the photoelectrode.
도3은 광전극의 제조예에서 형성한 이산화티타늄 박막층 표면의 FE-SEM 사진이다.3 is a FE-SEM photograph of the surface of the titanium dioxide thin film layer formed in the production example of the photoelectrode.
도4는 전도성 고분자를 중합한 이후의 광전극 단면의 FE-SEM 사진이다.4 is a FE-SEM photograph of the cross section of the photoelectrode after polymerizing the conductive polymer.
도5는 전도성 고분자를 중합한 이후의 광전극 표면의 FE-SEM 사진이다.5 is a FE-SEM photograph of the surface of the photoelectrode after polymerizing the conductive polymer.
도6은 실시예의 태양전지A와 태양전지B의 각각의 전극과 전해질 사이의 저항을 나타내는 나이키스트 선도(Niquist plot)이다. 도6에서 -▲-은 전지A의 저항을 측정한 것이고, -■-은 전지B의 저항을 측정한 값이다.FIG. 6 is a Niquist plot showing the resistance between the electrodes and the electrolytes of the solar cells A and B of the embodiment. In Figure 6,-▲-is a measure of the resistance of the battery A,-■-is a measure of the resistance of the battery B.
도7은 실시예의 태양전지A와 태양전지B의 보드플롯(bode plot)이다. -●-은 태양전지A의 보드플롯을, -■-은 태양전지B의 보드플롯을 나타낸다.7 is a bode plot of solar cell A and solar cell B of the embodiment. -●-indicates a board plot of solar cell A, and-■-shows a board plot of solar cell B.
도8은 실시예의 태양전지A(점선)와 태양전지B(실선)의 전류밀도(current density)를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the current densities of solar cell A (dotted line) and solar cell B (solid line) of the embodiment. FIG.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
광전극의 제조예Production Example of Photoelectrode
1. 이산화티타늄 박막층의 형성 및 염료의 흡착1. Formation of titanium dioxide thin film layer and adsorption of dye
1.5 x 2.0 cm크기의 FTO 유리기판 위에 TiO2 페이스트 용액(20 내지 30 nm 크기의 TiO2 졸)을 드랍 캐스팅하고, 닥터 블레이드(doctor blade) 방법으로 도포하였다. 50℃의 오븐에서 30분 정도 건조한 후에 450℃에서 소성시켜 페이스트에 포함되어 있는 고분자 물질과 잔존물을 제거하면서 아나타제 결정성을 향상시켜 기공이 많이 존재하고 큰 표면적을 갖는 이산화티타늄 박막을 제조하였다.TiO 2 paste solution (TiO 2 sol of 20-30 nm size) was drop cast on a 1.5 × 2.0 cm sized FTO glass substrate and applied by a doctor blade method. After drying in an oven at 50 ° C. for 30 minutes, the resultant was calcined at 450 ° C. to remove the polymer material and the residue contained in the paste, thereby improving anatase crystallinity, thereby preparing a titanium dioxide thin film having many pores and having a large surface area.
상기 기판의 이산화티타늄 박막층에 염료를 흡착시키기 위하여, 루테늄계 염료인 N719(쏠라로닉스solaronix사 제조)를 에탄올을 용매로 하여, 0.02중량%의 염료함유 용액을 준비하고, 상기 염료함유 용액에 상기 기판을 50℃에서 3시간 이상 함침하여 염료가 흡착된 기판을 제조하였다.In order to adsorb the dye to the titanium dioxide thin film layer of the substrate, ruthenium-based dye N719 (Solaronix Solaronix Co., Ltd.) was prepared using a ethanol solvent, a 0.02% by weight dye-containing solution, the substrate containing the dye-containing solution Was impregnated at 50 ° C. for at least 3 hours to prepare a substrate on which the dye was adsorbed.
상기 염료를 흡착시킨 기판의 단면의 FE-SEM 사진(2,650배)인 도2를 참조하면, 상기 염료가 흡착된 기판은 유리기판 위에 약 11um 두께의 다공성 TiO2층이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 염료를 흡착시킨 기판의 표면을 FE-SEM 사진(200,000배)인 도3을 참조하면, TiO2 무기물 입자의 크기가 약 20 내지 30nm인 표면적이 넓은 다공성인 구조의 이산화티타늄 박막이 제조되었음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 2, which is an FE-SEM photograph (2,650 times) of the cross section of the substrate on which the dye is adsorbed, it was confirmed that the porous TiO 2 layer having a thickness of about 11 μm was formed on the glass substrate. In addition, referring to FIG. 3, which is a FE-SEM photograph (200,000 times) of the surface of the substrate on which the dye is adsorbed, a titanium dioxide thin film having a porous structure having a large surface area having a size of about 20 to 30 nm of TiO 2 inorganic particles is prepared. It could be confirmed.
2. 전도성 고분자 단량체를 이용한 정공전달물질의 합성2. Synthesis of hole transport material using conductive polymer monomer
상기 염료가 흡착된 기판을 알코올로 세척하여 염료 잔류물을 제거하고 50 ℃의 진공오븐에서 건조하였다. 상기 건조된 염료가 흡착된 기판에 전도성 고분자의 단량체를 포함하는 용액을 수회 드랍 캐스팅(drop casting) 하였다. The dye-adsorbed substrate was washed with alcohol to remove dye residue and dried in a vacuum oven at 50 ° C. The solution containing the monomer of the conductive polymer was dropped on the dried dye-adsorbed substrate several times.
하기 화학식1-1로 표시되는 전도성 고분자의 단량체를 알코올 용매에 용해하여 1 중량%와 3 중량%의 용액으로 하여 상기 드랍 캐스팅에 이용하였다.The monomer of the conductive polymer represented by the following Chemical Formula 1-1 was dissolved in an alcohol solvent to prepare a solution of 1% by weight and 3% by weight for the drop casting.
[화합물 1-1][Compound 1-1]
Figure PCTKR2011007874-appb-I000013
Figure PCTKR2011007874-appb-I000013
상기 알코올 용매를 증발시키고 알루미늄 호일로 감싼 후에 챔버(chamber)에 넣고 밀봉하여 오븐의 온도가 60℃인 오븐에 넣어 24시간 동안 합성시켜 광전극을 제조하였다. After evaporating the alcohol solvent and wrapping it in aluminum foil, it was placed in a chamber and sealed, put in an oven having an oven temperature of 60 ° C., and synthesized for 24 hours to prepare a photoelectrode.
전도성 고분자를 중합한 이후의 광전극 단면의 FE-SEM 사진(150,000배)인 도4 및 전도성 고분자를 중합한 이후의 광전극 표면의 FE-SEM 사진(100,000배)인 도5를 참조하면, TiO2가 갖는 다공성 박막층의 사이사이에 전도성 고분자가 채워져 있어서 이를 통하여 액체 상으로 TiO2 기공으로 침투했던 단량체가 중합 후에도 기공 속에 잘 침투되어 중합되었음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, which is a FE-SEM photograph (150,000 times) of the photoelectrode cross-section after polymerization of the conductive polymer, and FIG. 5, which is a FE-SEM photograph (100,000 times) of the photoelectrode surface after polymerization of the conductive polymer, TiO Since the conductive polymer is filled between the porous thin film layers having 2 , it was confirmed that the monomer which penetrated into the TiO 2 pores into the liquid phase was well penetrated into the pores even after the polymerization.
태양전지의 제조예Production Example of Solar Cell
3. 전해질 캐스팅 및 태양전지의 제조단계-태양전지A 및 태양전지B3. Electrolytic Casting and Manufacturing Step of Solar Cell-Solar Cell A and Solar Cell B
상기 광전극에 전해질인 이온성 액체, MPII(1-methyl -3-propylimidazolium iodide)을 캐스팅하고, 상대 전극으로 백금(Pt)으로 코팅된 전도성 유리를 조립하고, 가압하여 상기 전도성 고분자층이 두 전극의 표면에 강하게 부착되도록 하고, 에폭시 본드를 이용하여 밀봉(sealing) 하여 태양전지A를 제조하였다.Cast an ionic liquid, MPII (1-methyl-3-propylimidazolium iodide), an electrolyte to the photoelectrode, assemble a conductive glass coated with platinum (Pt) as a counter electrode, and pressurize the conductive polymer layer to form two electrodes. It was strongly attached to the surface of, and sealed with an epoxy bond (sealing) to manufacture a solar cell A.
또한, 상기 광전극에 전해질인 이온성 액체, MPII(1-methyl -3-propylimidazolium iodide), 및 LiTFSI와 4-터트-부틸피리딘(4-tert-butylpyridine)을 캐스팅하고, 상대 전극으로 백금(Pt)이 코팅된 전도성 유리를 조립하고, 가압하여 상기 전도성 고분자층이 두 전극의 표면에 강하게 부착되도록 하고, 에폭시 본드를 이용하여 밀봉(sealing) 하여 태양전지B를 제조하였다.In addition, an ionic liquid, MPII (1-methyl-3-propylimidazolium iodide), and LiTFSI and 4-tert-butylpyridine, which are electrolytes, are cast on the photoelectrode and platinum (Pt) is used as a counter electrode. ) Was coated with a conductive glass, pressurized to strongly adhere the conductive polymer layer to the surfaces of the two electrodes, and sealing using an epoxy bond to prepare a solar cell B.
태양전지의 물성평가Property evaluation of solar cell
1. 전도도 및 저항 측정1. Conductivity and resistance measurement
나이키스트 선도에서 태양전지A의 경우와 태양전지B의 경우의 각각의 전극과 전해질 사이의 저항을 확인하였다(도6 참조). 도6에서, 상대 전극과 전해질 사이의 저항을 나타내는 값과 TiO2 입자와 전해질 사이의 저항을 나타내는 값이 상당히 작게 나타났다. 또한, 이온성 액체에 추가로 리튬 염(LiTFSI)을 추가한 태양전지B의 경우에 각각의 저항이 더 감소하는 것을 확인하였다.In the Nyquist plot, the resistance between each electrode and the electrolyte of the solar cell A and the solar cell B was confirmed (see FIG. 6). In Fig. 6, the value representing the resistance between the counter electrode and the electrolyte and the value representing the resistance between the TiO 2 particles and the electrolyte were significantly smaller. In addition, in the case of solar cell B in which lithium salt (LiTFSI) was added to the ionic liquid, the resistance of each was further reduced.
도7에서, 실시예의 태양전지A와 태양전지B의 보드플롯를 참고하면, 보드플롯(bode plot)의 중간 frequency의 위치로 생성된 전자의 수명(life time)을 알 수 있는데, 태양전지A보다는 추가로 염을 도입한 태양전지B의 경우가 전자의 수명(life time)이 더 길게 나타났다. In FIG. 7, referring to the board plots of solar cell A and solar cell B of the embodiment, it can be seen that the life time of the electrons generated at the position of the intermediate frequency of the bode plot is added rather than solar cell A. In the case of solar cell B incorporating furnace salt, the life time of the electron was longer.
2. 태양전지의 효율 분석2. Efficiency Analysis of Solar Cell
기존의 이산화티타늄 박막을 광전극으로, 전도성고분자를 정공전달물질로 사용하고, 루테늄 계열의 염료를 사용한 아이오딘(Iodine)이 첨가되지 않은 염료감응형 태양전지의 효율 분석에서는 광전변환효율이 0.8%에서 3.0%으로 보고되어 있다([1]J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18693. [2] J. Chem. Mater. 2006, 18, 4215. [3] AdV. Mater. 2006, 18, 2579. [4] Chem. Lett. 1997, 26,471. [5] J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 1258).The photoelectric conversion efficiency is 0.8% in the efficiency analysis of the dye-sensitized solar cell using the conventional titanium dioxide thin film as the photoelectrode, the conductive polymer as the hole transport material, and the addition of iodine using the ruthenium-based dye. (1) J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18693. [2] J. Chem. Mater. 2006, 18, 4215. [3] AdV. Mater. 2006, 18, 2579. [4] Chem. Lett. 1997, 26,471. [5] J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 1258).
그러나, 도8 및 하기 표1을 참조하면, 실시예의 태양전지A와 태양전지B의 효율이 상기의 경우보다 월등한 약 4.3%와 약 5.4%로 나타나는 것을 확인할 수 있다. [Adv. Mater. 2011,23,1641-1646]However, referring to FIG. 8 and Table 1 below, it can be seen that the efficiency of the solar cell A and the solar cell B of the embodiment is about 4.3% and about 5.4%, which are superior to those in the above case. Adv. Mater. 2011,23,1641-1646]
표 1
Pin(mW/cm2) Voc(V) Jsc(mA/cm2) Voc* Jsc(mW/ cm2) Vmax*Jmax(mW/cm2) FF 효율(%)
태양전지B 100 0.642 14.2 9.11640 5.4456250 0.5973438 5.446
태양전지A 100 0.595 11.9 7.08050 4.2868750 0.6054481 4.287
Table 1
Pin (mW / cm 2 ) Voc (V) Jsc (mA / cm 2 ) Voc * Jsc (mW / cm 2 ) Vmax * Jmax (mW / cm 2 ) FF efficiency(%)
Solar cell B 100 0.642 14.2 9.11640 5.4456250 0.5973438 5.446
Solar cell A 100 0.595 11.9 7.08050 4.2868750 0.6054481 4.287
상기 표 1의 높은 효율은 기존의 연구에서는 박막의 TiO2기공 안으로 모노머 침투가 어렵고, 상기 박막의 두께가 두꺼운 경우에는 더욱 모노머의 침투가 어려웠으나, 본 발명의 경우에는 유기용매에 녹을 수 있으면서 효과적으로 상기 박막의 기공 안에 침투가 가능한 단량체를 이용하여 정공전달물질을 열중합하여 고체상으로 형성하여서 모노머 침투 문제와 TiO2층의 두께 제한의 문제를 해결하였기 때문으로 보인다. 침투의 문제로 인하여 기존의 6 um 내외의 TiO2 광전극 층의 두께를 11 um 이상으로 하여도 충분하게 단량체를 박막 내부에 침투시킬 수 있고, 이렇게 늘어난 두께로 염료가 흡착될 수 있는 사이트(site)가 늘어났다는 점이 본 발명의 태양전지의 효율 향상 원인 중 하나로 보인다. 또한, 이온염을 더 추가하였을 경우에 구조들 사이에 저항이 줄어들고 더욱 높은 효율을 보여주었다.The high efficiency of Table 1 is difficult to infiltrate the monomer into the TiO 2 pores of the thin film in the previous studies, the monomer was more difficult to penetrate when the thickness of the thin film, but in the case of the present invention can be dissolved in an organic solvent effectively It seems to solve the problem of monomer penetration and limitation of the thickness of the TiO 2 layer by thermally polymerizing the hole transport material using a monomer that can penetrate into the pores of the thin film to form a solid phase. Due to the problem of penetration, even if the thickness of the existing TiO 2 photoelectrode layer of about 6 um or more is 11 um or more, the monomer can be sufficiently penetrated into the thin film, and the dye can be adsorbed at the increased thickness. ) Is one of the reasons for the improvement of the efficiency of the solar cell of the present invention. In addition, the addition of more ionic salts reduced the resistance between the structures and showed higher efficiency.
3. 계면층 도입에 따른 태양전지 효율 향상3. Improvement of solar cell efficiency by introducing interfacial layer
본 발명의 일 실시예에 따른 광전극에 태양전지의 효율향상을 위한 다른 기술을 도입하는 경우 효과적으로 적용 및 작동됨을 확인하기 위하여, 빛을 많이 투과할 수 있는 계면층을 도입하여 많은 빛이 광전극으로 도달할 수 있도록 하였다.In order to confirm that the photoelectrode according to an embodiment of the present invention is effectively applied and operated when introducing another technology for improving the efficiency of the solar cell, a lot of light is introduced by introducing an interface layer that can transmit a lot of light To reach.
대부분의 FTO 기판은 물질의 성질에 의해 뿌연 상태의 기판으로써, 투과율이 낮기 때문에, 이 기판과 TiO2층의 접합 및 계면특성을 향상시키기 위해 얇은 TiO층을 코팅하고 그 위에 다시 TiO2 광전극층을 코팅하였다. 이때, 투과율이 감소하여 많은 빛이 효과적으로 광전극 층에 도달할 수 없게 되어 높은 효율을 기대하기 어렵다. Since most FTO substrates are cloudy due to the nature of the material, and have low transmittance, a thin TiO layer is coated and then TiO2 photoelectrode layer is coated thereon to improve the bonding and interfacial properties of the substrate and the TiO 2 layer. . At this time, the transmittance decreases, so that a lot of light cannot effectively reach the photoelectrode layer, so high efficiency is difficult to expect.
따라서, 계면특성 향상을 통해 투과율을 향상시켜 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 이 계면층에 대한 연구가 최근에 진행되었는데, 그 중 본 연구팀이 개발한 메조포러스 계면층 제조기술([1] 한국 출원 제 2010-0140059호, [2] J. Mater. Chem. 2011, 21, 1772-1779)을 상기 제조된 태양전지B에 도입하여 태양전지C를 제조하였다. 상기 제조된 태양전지C에 대하여 상기 표 1의 태양전지B와 동일하게 효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Therefore, in order to improve the efficiency of solar cells by improving the transmittance through improving the interfacial properties, research on this interfacial layer has recently been carried out, among which the mesoporous interfacial layer manufacturing technology developed by the research team ([1] Korean application) No. 2010-0140059, [2] J. Mater. Chem. 2011, 21, 1772-1779) was introduced into the solar cell B prepared above to prepare a solar cell C. The efficiency of the manufactured solar cell C was measured in the same manner as in the solar cell B of Table 1, and the results are shown in Table 2 below.
표 2
Pin(mW/cm2) Voc(V) Jsc(mA/cm2) Voc* Jsc(mW/ cm2) Vmax*Jmax(mW/cm2) FF 효율(%)
태양전지C 100 0.643 18.6 11.95980 6.7723408 0.5662587 6.772
TABLE 2
Pin (mW / cm2) Voc (V) Jsc (mA / cm2) Voc * Jsc (mW / cm2) Vmax * Jmax (mW / cm2) FF efficiency(%)
Solar cell C 100 0.643 18.6 11.95980 6.7723408 0.5662587 6.772
상기 표 2를 참조하면, 상기 태양전지C는 같은 태양전지 평가조건에서 Jsc이 향상되고 6.77%에 이르는 높은 효율을 보였다(Adv. Func. Mater. 2011, online published, DOI: 10.1002/adfm.201101520). 이는 투과도가 높아진 전극을 통해 많은 양의 빛이 광전극으로 도달하여 효율이 증가한 것으로 여겨진다.Referring to Table 2, the solar cell C showed a high efficiency up to 6.77% and improved Jsc under the same solar cell evaluation conditions (Adv. Func. Mater. 2011, online published, DOI: 10.1002 / adfm.201101520) . It is believed that the efficiency is increased because a large amount of light reaches the photoelectrode through the electrode having higher transmittance.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (11)

  1. 다공성 금속산화물 박막층에 염료를 흡착시키는 염료흡착단계,A dye adsorption step of adsorbing a dye on the porous metal oxide thin film layer,
    용매에 용해된 전도성 고분자 단량체를 상기 염료가 흡착된 다공성 금속산화물 박막층에 침투시키는 단량체침투단계, 그리고Monomer penetration step of penetrating the conductive polymer monomer dissolved in the solvent to the porous metal oxide thin film layer adsorbed, and
    고체상 열중합으로 상기 전도성 고분자 단량체를 고분자로 합성하는 고분자합성단계Polymer synthesis step of synthesizing the conductive polymer monomer into a polymer by solid phase thermal polymerization
    를 포함하는 광전극의 제조방법.Method of manufacturing a photoelectrode comprising a.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 단량체침투단계와 상기 고분자합성단계의 사이에 상기 전도성 고분자 단량체를 용해한 용매를 증발시키는 용매증발단계를 더 포함하는 전극의 제조방법.And a solvent evaporation step of evaporating the solvent in which the conductive polymer monomer is dissolved between the monomer penetration step and the polymer synthesis step.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고분자합성단계는 20℃ 내지 200℃에서 이루어지는 것인 광전극의 제조방법.The polymer synthesis step is a method of manufacturing a photoelectrode made at 20 ℃ to 200 ℃.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전도성 고분자 단량체는 하기 화학식1, 화학식2, 화학식3, 화학식4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 광전극의 제조방법.The conductive polymer monomer is a method of producing a photoelectrode of any one selected from the group consisting of the following formula (1), (2), (3), (4) and combinations thereof.
    [화학식1][Formula 1]
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000014
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000014
    [화학식2][Formula 2]
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000015
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000015
    [화학식3][Formula 3]
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000016
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000016
    [화학식4][Formula 4]
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000017
    Figure PCTKR2011007874-appb-I000017
    상기 화학식 1 내지 4에서,In Chemical Formulas 1 to 4,
    상기 X는 각각 독립적으로 S, NR11, Se 및 Te로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 R11은 수소, 알킬기 및 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며,X is each independently selected from the group consisting of S, NR 11 , Se and Te, wherein R 11 is any one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group and a heteroalkyl group,
    상기 Y1 내지 Y8은 각각 독립적으로 I, Br, Cl 및 F로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고,Y 1 to Y 8 are each independently selected from the group consisting of I, Br, Cl, and F,
    상기 Z1 내지 Z6은 각각 독립적으로 CR12R13, NR14, O 및 S 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 R12, R13 및 R14은 각각 독립적으로 수소, 알킬기 및 헤테로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며,Z 1 to Z 6 are each independently selected from the group consisting of CR 12 R 13 , NR 14 , O and S, and R 12 , R 13 and R 14 are each independently hydrogen, an alkyl group and a heteroalkyl group. Any one selected from the group consisting of,
    상기 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 헤테로알킬기, 알킬에스테르기, 알킬카보네이트기, 시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 헤테로시클로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.R 1 to R 8 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, a heteroalkyl group, an alkylester group, an alkylcarbonate group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, a heterocycloalkyl group, and a combination thereof .
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 단량체침투단계에서 상기 전도성 고분자 단량체의 용매는 디클로로메탄(MC), 클로로포름, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트, 디메틸비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트(MEC), 메틸프로필 카보네이트, 메틸부틸 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 아이소프로필알콜, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 헵타올, 데카올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 피나콜, 프로피온산메틸, 피발린산메틸, 피발린산부틸, 피발린산헥실, 피발린산옥틸, 옥살산디메틸, 옥살산에틸메틸, 옥살산디에틸, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥세인, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 1,2-디부톡시에탄, 디메틸포름아마이드, 인산트리메틸, 인산트리부틸, 인산트리옥틸, 디비닐 술폰, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤, α-안겔리카락톤, 아디포니트릴, 1,4-프로판 술톤, 1,4-부탄디올 디메탄 술포네이트, 프로필렌 술파이트, 글리콜 술페이트, 프로필렌 술페이트, 디프로파길 술파이트, 메틸 프로파길 술파이트, 에틸 프로파길 술파이트, 프로필렌 술파이트, 글리콜 술페이트, 프로필렌 술페이트, 톨루엔, 헥산, 자일렌, 아세톤 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 광전극의 제조방법.In the monomer penetration step, the solvent of the conductive polymer monomer is dichloromethane (MC), chloroform, acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, methylethyl Carbonate (MEC), methylpropyl carbonate, methylbutyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, methanol, ethanol, butanol, propanol, isopropyl alcohol, Hexanol, heptanol, octanol, heptol, decaol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, pinacol, methyl propionate, methyl pivalate, butyl pivalate, hexyl pivalate, Octyl pivalate, dimethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, diethyl oxalate, tetrahydrofuran, 2-methyltet Hydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, dimethylformamide, trimethyl phosphate, tributyl phosphate, trioctyl phosphate, di Vinyl sulfone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone, α-angelicalactone, adiponitrile, 1,4-propane sultone, 1,4-butanediol dimethane sulfonate, propylene sulfite, glycol sulfate , Propylene sulphate, dipropargyl sulphite, methyl propargyl sulphite, ethyl propargyl sulphite, propylene sulphite, glycol sulphate, propylene sulphate, toluene, hexane, xylene, acetone and combinations thereof Method for producing a photoelectrode which is any one selected from.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전도성 고분자 단량체는 상기 단량체침투단계에서 상기 전도성 고분자 단량체의 용매 100 중량부에 대하여 0.0000001 내지 10000 중량부로 포함하는 것인 광전극의 제조방법.The conductive polymer monomer is a method for producing a photoelectrode comprising 0.0000001 to 10000 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent of the conductive polymer monomer in the monomer penetration step.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고분자합성단계 이후에 비휘발성 이온성 액체 및 이온염 전해질을 포함하는 첨가제를 주입하는 첨가제주입단계를 더 포함하는 광전극의 제조방법.The method of manufacturing a photoelectrode further comprising an additive injection step of injecting an additive comprising a non-volatile ionic liquid and an ionic salt electrolyte after the polymer synthesis step.
  8. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 비휘발성 이온성 액체는 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 요오드, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디시아나미드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 크로라이드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 테트라플로오로보레이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 비스(트리플루오로메테인술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 트리플루오로메테인술포네이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 트리플루오로아세테이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 디시아나미드, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 염, 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 테트라클로로페레이트, 4-터트-부틸피리딘, 사카린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 광전극의 제조방법.The non-volatile ionic liquid is 1-methyl-3-propylimidazolium iodine, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamid, 1-butyl-3-methyl-imidazolium chromide, 1-butyl 3-Methyl-imidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) De, 1-butyl-3-methyl-imidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium trifluoroacetate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium dicyana Mead, 1-butyl-3-methyl-imidazolium thiocyanate, 1-butyl-3-methyl-imidazolium salt, 1-butyl-3-methyl-imidazolium tetrachloroperate, 4-tert- Butyl pyridine, saccharin and any one selected from the group consisting of a combination thereof.
  9. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    암모늄염, 나트륨염, 리튬염 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 광전극의 제조방법.Ammonium salt, sodium salt, lithium salt, and any one selected from the group consisting of a combination thereof.
  10. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 첨가제는 4-터트-부틸피리딘을 더 포함한 것인 광전극의 제조방법.The additive is a method of manufacturing a photoelectrode further comprises 4-tert-butylpyridine.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 제조된 광전극을 포함하는 태양전지.A solar cell comprising a photoelectrode prepared according to any one of claims 1 to 10.
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