WO2016056743A1 - 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2016056743A1
WO2016056743A1 PCT/KR2015/008299 KR2015008299W WO2016056743A1 WO 2016056743 A1 WO2016056743 A1 WO 2016056743A1 KR 2015008299 W KR2015008299 W KR 2015008299W WO 2016056743 A1 WO2016056743 A1 WO 2016056743A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dye
solar cell
layer
sensitized solar
thickness
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/008299
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강용수
조우형
송동훈
김영래
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Publication of WO2016056743A1 publication Critical patent/WO2016056743A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same, specifically, by introducing a non-conductive nanoparticle layer on the charge transfer layer to reduce the amount of electrolyte injection, the thickness of the electrolyte layer by the thickness of the charge transfer layer and the non-conductor nanoparticle layer. It relates to a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same by reducing the ion migration distance by reducing the.
  • silicon-based solar cells are commercialized and most widely used.
  • silicon raw material price and installation location silicon-based solar cells are not economical as a practical alternative energy source.
  • Solar energy is virtually infinite, and on average, the Earth's surface receives about 1.2 ⁇ 10 17 W of solar energy.
  • the representative principle of converting this solar energy into easy-to-use electricity is photovoltaic power, and solar cells use this principle.
  • inorganic materials such as silicon solar cells have been developed as materials, but most of these inorganic materials have high manufacturing costs and difficult production. Therefore, it is necessary to activate R & D and industrialization of organic solar cells with high efficiency at low cost.
  • organic solar cells dye-sensitized solar cells, which have recently been in the spotlight, have high efficiency comparable to inorganic materials and low manufacturing cost because organic-inorganic materials are used together. Therefore, development of dye-sensitized solar cells is essential research. can do.
  • dye-sensitized solar cells have problems of leakage of liquid electrolyte and long-term stability. Therefore, research on solid-state dye-sensitized solar cells is required.
  • Conventional dye-sensitized solar cells are composed of a photocathode, a cathode, an electrolyte. Electrolytes of dye-sensitized solar cells are classified into liquid, semisolid, and solid electrolytes according to their phases. Liquid electrolytes have fast ionic mobility but low long-term stability due to the volatility of the solvent. Accordingly, semi-solid and solid electrolytes having high long-term stability and applicable to flexible dye-sensitized solar cells have been studied.
  • semi-solid and solid electrolytes have a disadvantage of showing a low short-circuit current compared to dye-sensitized solar cells using liquid electrolytes due to low ion mobility.
  • the dye-sensitized solar cell using the polymer electrolyte using the sol-gel method was fabricated and the photovoltaic characteristics were evaluated. There is an urgent need to develop new technologies for improvement.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same by reducing the thickness of the electrolyte layer to shorten the ion migration distance, improve the current by short and excellent photoelectric conversion efficiency.
  • the non-conductive nanoparticle layer formed on the charge transfer layer It further includes, and provides a dye-sensitized solar cell, characterized in that the thickness of the electrolyte layer is reduced by the thickness of the charge transfer layer and the non-conductive nanoparticle layer.
  • the insulator nanoparticle layer may be made of one or more insulator nanoparticles selected from Al 2 O 3 , SiC, SiO 2 , Nb 2 O 5 , MgO.
  • the insulator nanoparticle layer may be made of nanoparticles of 20 nm to 1 ⁇ m diameter, the thickness of the non-conductor nanoparticle layer may be 1 to 20 ⁇ m.
  • the charge transfer layer is a first porous nanoparticle layer made of porous nanoparticles of 10 to 50 nm diameter adsorbed dye and a second porous nanoparticles of 300 to 500 nm diameter It may include a porous nanoparticle layer, the porous nanoparticles may be titania (TiO 2 ).
  • the dye may be at least one selected from the group consisting of ruthenium dye, xanthene dye, cyanine dye, porphyrin dye and andhraquinone dye.
  • the thickness of the charge transfer layer may be 1 to 20 ⁇ m.
  • the present invention comprises the steps of (a) forming a charge transfer layer made of titania (TiO 2) porous nanoparticles dye is adsorbed on the photoelectrode; (b) forming a nonconducting nanoparticle layer having a thickness of 1 to 20 ⁇ m and consisting of at least one nonconducting nanoparticle selected from Al 2 O 3 , SiC, SiO 2 , Nb 2 O 5 , and MgO on the charge transfer layer; And (c) injecting an electrolyte between the photoelectrode and the counter electrode to form an electrolyte layer, wherein the thickness of the electrolyte layer is reduced by the thickness of the charge transfer layer and the non-conductive nanoparticle layer. It provides a method for producing a dye-sensitized solar cell.
  • the diameter of the non-conductive nanoparticles may be 20 nm to 1 ⁇ m.
  • the charge transfer layer is a first porous nanoparticle layer made of porous nanoparticles of 10 to 50 nm diameter adsorbed dye and a second porous made of porous nanoparticles of 300 to 500 nm diameter It may include a nanoparticle layer, the thickness of the charge transfer layer may be 1 to 20 ⁇ m.
  • the dye may be at least one selected from the group consisting of ruthenium dye, xanthene dye, cyanine dye, porphyrin dye and andhraquinone dye.
  • the dye-sensitized solar cell and the manufacturing method thereof according to the present invention by introducing a non-conductor nanoparticle layer on the charge transfer layer it is possible to reduce the injection amount of the electrolyte injected between the photoelectrode and the counter electrode, the charge transfer layer and the non-conductor nanoparticle layer By reducing the thickness of the electrolyte layer by the thickness of the shorter the ion migration distance can exhibit improved short-circuit current and photoelectric conversion efficiency.
  • 1 is a view showing the structure of a conventional dye-sensitized solar cell.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing the voltage-current density according to the size of the alumina nanoparticles of the dye-sensitized solar cell prepared according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the voltage-current density according to the type of dye of the dye-sensitized solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • the dye-sensitized solar cell using the polymer electrolyte using the sol-gel method was fabricated and the photovoltaic characteristics were evaluated. There is an urgent need to develop new technologies for improvement.
  • the present invention provides a dye-sensitized solar cell including a charge transfer layer formed on a photoelectrode and an electrolyte layer formed between the photoelectrode and a counter electrode, wherein the insulator nanoparticle layer formed on the charge transfer layer is provided. It further comprises, and provides a dye-sensitized solar cell, characterized in that the thickness of the electrolyte layer is reduced by the thickness of the charge transfer layer and the non-conductive nanoparticle layer.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional dye-sensitized solar cell.
  • the distance between the photoelectrode (denoted by FTO) and the counter electrode (denoted by PT) is adjusted to prevent short-circuit caused by the two electrodes contacting each other and confines the electrolyte.
  • a spacer for example, a surlyn polymer material is used to act as a partition wall, and a thickness of 25 ⁇ m or more is used to reduce the probability of contact between the photoelectrode and the counter electrode.
  • the present invention introduces a nonconductive nanoparticle layer as shown in FIG. 2 to replace the conventional gap agent, and because the short circuit does not occur even if a thin thickness is used, the thickness of the nonconductive nanoparticle layer introduced is two electrodes. The distance between them is determined, and as a result, the introduction of a thin layer of non-conductive nanoparticle layer ensures a short ion migration distance.
  • the non-conductor nanoparticle layer is formed on the charge transfer layer as described above, it is possible to replace the existing gap agent, so that the counter electrode can be disposed directly on the non-conductor nanoparticle layer, and thus the photoelectrode and the counter electrode
  • the injection amount of the electrolyte injected between the electrodes is reduced so that the thickness of the electrolyte layer is reduced by the thickness of the charge transfer layer and the non-conductive nanoparticle layer.
  • the movement characteristics including the ion mobility of the electrolyte are kept the same, but the movement distance of the ions is shortened, and also by further using the residual light transmitted due to the scattering characteristics of the non-conductive nanoparticles introduced in the present invention, a short circuit current And the photoelectric conversion efficiency can be improved.
  • the insulator nanoparticle layer has scattering properties and insulator properties, and is made of a material that can further improve short circuit current and efficiency by further using residual light that is transmitted.
  • Al 2 O 3 , SiC, SiO 2 , Nb 2 O 5 is preferably made of non-conductive nanoparticles, at least one selected from MgO.
  • the diameter of the non-conductive nanoparticles is preferably 20 nm to 1 ⁇ m diameter
  • the thickness of the non-conducting nanoparticle layer is preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • the charge transfer layer may include a first porous nanoparticle layer made of porous nanoparticles having a diameter of 10 to 50 nm on which the dye is adsorbed, and a second porous nanoparticle layer made of porous nanoparticles having a diameter of 300 to 500 nm,
  • the porous nanoparticles are preferably titania (TiO 2), and as the size of the particles of the porous nanoparticles is changed, the light path is irregularly changed, thereby consequently lengthening the light path.
  • the thickness of the charge transfer layer in which both the first porous nanoparticle layer and the second porous nanoparticle layer are stacked is preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • the dye may be at least one selected from the group consisting of ruthenium dyes, xanthene dyes, cyanine dyes, porphyrin dyes, and andhraquinone dyes.
  • the present invention provides a method for manufacturing the dye-sensitized solar cell, specifically (a) forming a charge transfer layer made of titania (TiO2) porous nanoparticles dye is adsorbed on the photoelectrode; (b) forming an insulator nanoparticle layer having a thickness of 1 to 20 ⁇ m and consisting of at least one insulator nanoparticle selected from Al 2 O 3 , SiC, SiO 2 , Nb 2 O 5 , and MgO on the charge transfer layer; And (c) injecting an electrolyte between the photoelectrode and the counter electrode to form an electrolyte layer, wherein the thickness of the electrolyte layer is reduced by the thickness of the charge transfer layer and the non-conductive nanoparticle layer. It provides a method for producing a dye-sensitized solar cell.
  • a transparent glass electrode coated with platinum was used as a counter electrode.
  • the photoelectrode was made of fluorine-doped tin dioxide (FTO; F-doped SnO 2 ) as a substrate, and Z991 dye was adsorbed onto the photoelectrode.
  • FTO fluorine-doped tin dioxide
  • Z991 dye was adsorbed onto the photoelectrode.
  • the particles were stacked to a thickness of 4 ⁇ m to form a charge transfer layer, and 500 nm Al 2 O 3 was formed on the charge transfer layer.
  • the particles were stacked to a thickness of 1.5 ⁇ m to form an insulator nanoparticle layer, and an electrolyte was injected between the photoelectrode and the counter electrode.
  • a solar cell having a gap of 0 ⁇ m and a non-conducting nanoparticle layer were formed, and a solar cell having a gap of 25 ⁇ m and 60 ⁇ m was prepared using surlyn, which is an existing gap agent. .
  • the electrolyte used in the dye-sensitized solar cell was prepared as follows.
  • the solid polymer electrolyte is poly (ethylene glycol) dimethyl ether in a ratio of 2.0 M 1 -methyl-3-propylimidazolium iodide, 0.08 MI 2 , 0.5 M 4-tert-butylpyridine, and 0.1 M KI in a weight ratio of 6: 4.
  • PEGDME poly (ethylene glycol) dimethyl ether in a ratio of 2.0 M 1 -methyl-3-propylimidazolium iodide, 0.08 MI 2 , 0.5 M 4-tert-butylpyridine, and 0.1 M KI in a weight ratio of 6: 4.
  • PEGDME electrolyte dissolved in poly (ethylene oxide) having a molecular weight of 600,000 were used.
  • the liquid electrolyte is 0.6 M 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (MPII), 0.05 M iodine (I 2 ), 0.5 M 4-tert-butylpyridine (t-BP), 0.1 M potassium iodide Ides (KI) were prepared by mixing in acetonitrile.
  • MPII 1-methyl-3-propylimidazolium iodide
  • I 2 0.05 M iodine
  • t-BP 4-tert-butylpyridine
  • KI potassium iodide Ides
  • the semisolid polymer electrolyte is 0.6 M 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (MPII), 0.05 M iodine (I 2 ), 0.5 M 4-tert-butylpyridine (t-BP), 0.1 M potassium Iodide (KI) was prepared by mixing in acetonitrile and made by mixing 10% of silica (SiO 2) in a total weight ratio.
  • MPII 1-methyl-3-propylimidazolium iodide
  • I 2 0.05 M iodine
  • t-BP 4-tert-butylpyridine
  • KI potassium Iodide
  • the ionic liquid electrolyte is 0.6 M 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (MPII), 0.05 M iodine (I 2 ), 0.5 M 4-tert-butylpyridine (t-BP), 0.1 M potassium Iodide (KI) was prepared by mixing 1-ethyl-3methyl imidazolium cyocyanate (1-ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanate).
  • a solar cell using a liquid electrolyte having a gap of 25 ⁇ m is more efficient than a solar cell using a solid polymer, a semi-solid polymer, and an ionic liquid electrolyte having a gap of 25 ⁇ m.
  • the thickness of the electrolyte layer is reduced (if the gap is 0 ⁇ m) by introducing the insulator nanoparticle layer without using the gap agent, the current density and the efficiency can be increased by shortening the ion migration distance. Can be.
  • the efficiency of the dye-sensitized solar cell manufactured by varying the insulator type was measured. Specifically, the efficiency was measured by dividing the thickness of the electrolyte layer by forming the non-conductor nanoparticle layer to make the gap 0, and the case of forming the non-conductor nanoparticle layer and making the gap 60 by using the existing gap agent surlyn. Table 2 shows the results.
  • Insulator Clearance 60 ⁇ m
  • Clearance (0 ⁇ m) Al 2 O 3 6.9% 8.1% SiC 7.2% 7.9% SiO 2 7.5% 7.7% Nb 2 O 5.1% 5.9% MgO 6.0% 6.4%
  • the efficiency of the dye-sensitized solar cell manufactured by varying the thickness of the non-conducting nanoparticle layer Measured. Specifically, the efficiency was measured by dividing the thickness of the electrolyte layer by forming the insulator nanoparticle layer to reduce the thickness of the electrolyte layer to 0 ⁇ m, and by forming the insulator nanoparticle layer and making the gap to 60 ⁇ m using surlyn, which is an existing gap agent. The results are shown in Table 3 below.
  • the efficiency increase effect is the greatest when the ion migration distance is short.
  • the ion conductivity is low regardless of the change in the thickness of the charge transfer layer or the type of the electrolyte due to the shorter ion transport distance. It can be seen that the problem of ion migration of the electrolyte can be solved.
  • the dye-sensitized solar cell according to the present invention can reduce the injection amount of the electrolyte injected between the photoelectrode and the counter electrode by introducing the nonconductor nanoparticle layer on the charge transfer layer, and the electrolyte layer as much as the thickness of the charge transfer layer and the nonconductor nanoparticle layer. By reducing the thickness of the shorter the ion movement distance can exhibit improved short-circuit current and photoelectric conversion efficiency.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전하이동층 상에 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질의 주입량을 줄임으로써 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 전해질층의 두께를 줄여 이온이동거리를 단축시킨 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 따르면, 전하이동층 상에 부도체 나노입자층을 도입함으로써 광전극과 상대전극 사이에 주입되는 전해질의 주입량을 줄일 수 있고, 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 전해질층의 두께가 줄어들게 되어 이온 이동거리를 단축시킴으로써 향상된 단략전류 및 광전변환 효율을 나타낼 수 있다.

Description

염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
본 발명은 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전하이동층 상에 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질의 주입량을 줄임으로써 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 전해질층의 두께를 줄여 이온이동거리를 단축시킨 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 산유국을 중심으로 한 자원민족주의로 원유가격 급등과 온실가스 배출 관련 교토협약으로 인해 에너지 수입의존도가 높은 나라들은 미래의 에너지와 환경문제를 극복할 수 있는 신재생에너지 개발 및 상용화가 절실한 상황이다. 미래 신재생에너지 중 무한한 태양빛을 에너지원으로 하는 환경친화적인 태양전지의 중요성이 부각되고 있다.
이 중 상용화되어 가장 널리 사용되는 것이 실리콘계 태양전지이다. 그러나 실리콘계 태양전지는 대형의 고가 제조 장비, 실리콘 원료 가격 및 설치 장소의 한계로 인해 실질적인 대체에너지원으로 경제성이 미진한 실정이다.
태양에너지는 실제로 무한하며 평균적으로 산술해보면 지구 표면은 약 1.2×1017 W의 태양에너지를 공급받고 있다. 이 태양에너지를 사용하기 편리한 전기로 바꾸는 대표적인 원리가 광기전력이고 이러한 원리를 이용한 것이 태양전지이다.
초기에는 실리콘 태양전지 등의 무기물이 재료로 개발되어 왔으나 이러한 무기물의 대부분은 높은 제조 단가와 대량 생산이 어려운 단점이 있다. 따라서 저비용으로 고효율의 가능성을 지니고 있는 유기태양전지의 연구개발 활성화와 산업화가 반드시 필요한 실정이라고 볼 수 있다. 유기 태양전지 중에서도 최근에 각광받고 있는 염료감응형 태양전지는 유기-무기물을 같이 사용함으로 무기물에 버금가는 높은 효율을 가지면서 제조단가가 낮은 장점이 있어 염료감응형 태양전지의 개발은 반드시 필요한 연구라고 할 수 있다.
그러나 염료감응형 태양전지는 액체전해질의 누수, 장기안정성의 문제를 가지고 있어 이를 보완하기 위해 고체상태의 염료감응형 태양전지의 연구가 요구되고 있다.
종래 염료감응 태양전지는 광음극, 양극, 전해질로 구성된다. 염료감응 태양전지의 전해질은 상에 따라 액체, 준고체, 고체 전해질로 분류되는데 액체 전해질은 빠른 이온 이동도를 갖지만 용매의 휘발성으로 인해 낮은 장기 안정성을 갖는다. 이에 따라 높은 장기 안정성을 갖고 유연성 염료감응 태양전지에 적용 가능한 준고체 및 고체 전해질이 연구되고 있다.
그러나 준고체 및 고체 전해질은 낮은 이온 이동도로 인해 액체 전해질을 사용하는 염료감응 태양전지에 비해 낮은 단락 전류를 보이는 단점이 있다.
특히 종래 염료감응형 태양전지의 장기안정성을 높이고 고효율을 유지하기 위해 졸-겔법을 이용한 고분자 전해질을 이용한 염료감응형 태양전지를 제작하고 광기전 특성을 평가한 결과, 전류밀도를 증가시켰으나, 여전히 효율 향상을 위한 새로운 기술 개발이 시급히 요구 되고 있다.
또한, 최근까지 준고체 및 고체 전해질의 이온 이동도를 높이는 기술에 대한 연구가 이루어지고 있으나, 전해질층의 두께를 줄여 이온 이동거리를 단축시킴으로써 단락 전류를 향상시키는 기술에 대해서는 개시된바 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전해질층의 두께를 줄임으로써 이온 이동거리를 단축하여, 단략 전류를 향상시키고 우수한 광전변환효율을 갖는 염료 감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 광전극 상에 형성된 전하이동층 및 광전극과 상대전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전하이동층 상에 형성된 부도체 나노입자층을 더 포함하고, 상기 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 상기 전해질층의 두께가 줄어드는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 부도체 나노입자층은 Al2O3, SiC, SiO2, Nb2O5, MgO 중에서 선택되는 1종 이상의 부도체 나노입자로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 부도체 나노입자층은 20 ㎚ 내지 1 ㎛ 직경의 나노입자로 이루어질 수 있고, 상기 부도체 나노입자층의 두께는 1 내지 20 ㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 전하이동층은 염료가 흡착된 10 내지 50 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제1 다공성 나노입자층 및 300 내지 500 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제2 다공성 나노입자층을 포함할 수 있고, 상기 다공성 나노입자는 티타니아(TiO2)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 염료는 루테늄계 염료, 크산텐계 염료, 시아닌계 염료, 포르피린계 염료 및 안드라퀴논계 염료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 전하이동층의 두께는 1 내지 20 ㎛일 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 광전극 상에 염료가 흡착된 티타니아(TiO2) 다공성 나노입자로 이루어진 전하이동층을 형성하는 단계; (b) 상기 전하이동층 상에 Al2O3, SiC, SiO2, Nb2O5, MgO 중에서 선택되는 1종 이상의 부도체 나노입자로 이루어진 1 내지 20 ㎛두께의 부도체 나노입자층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 광전극과 상대전극 사이에 전해질을 주입하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 상기 전해질층의 두께가 줄어드는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 부도체 나노입자의의 직경은 20 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 전하이동층은 염료가 흡착된 10 내지 50 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제1 다공성 나노입자층 및 300 내지 500 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제2 다공성 나노입자층을 포함할 수 있고, 상기 전하이동층의 두께는 1 내지 20 ㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 염료는 루테늄계 염료, 크산텐계 염료, 시아닌계 염료, 포르피린계 염료 및 안드라퀴논계 염료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 따르면, 전하이동층 상에 부도체 나노입자층을 도입함으로써 광전극과 상대전극 사이에 주입되는 전해질의 주입량을 줄일 수 있고, 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 전해질층의 두께가 줄어들게 되어 이온 이동거리를 단축시킴으로써 향상된 단락전류 및 광전변환 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 종래 염료감응 태양전지의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 알루미나 나노입자 크기에 따른 전압-전류밀도를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 염료 종류에 따른 전압-전류밀도를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
종래 준고체 및 고체 전해질을 사용하는 염료감응 태양전지는 낮은 이온 이동도로 인해 액체 전해질을 사용하는 염료감응 태양전지에 비해 낮은 단락 전류를 보이는 단점이 있다.
특히 종래 염료감응형 태양전지의 장기안정성을 높이고 고효율을 유지하기 위해 졸-겔법을 이용한 고분자 전해질을 이용한 염료감응형 태양전지를 제작하고 광기전 특성을 평가한 결과, 전류밀도를 증가시켰으나, 여전히 효율 향상을 위한 새로운 기술 개발이 시급히 요구 되고 있다.
또한, 최근까지 준고체 및 고체 전해질의 이온 이동도를 높이는 기술에 대한 연구가 이루어지고 있으나, 전해질의 두께를 줄여 이온 이동거리를 단축시킴으로써 단락 전류를 향상시키는 기술에 대해서는 개시된바 없다.
이에 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 광전극 상에 형성된 전하이동층 및 광전극과 상대전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전하이동층 상에 형성된 부도체 나노입자층을 더 포함하고, 상기 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 상기 전해질층의 두께가 줄어드는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
도 1은 종래 염료감응 태양전지의 구조를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래에는 광전극(FTO로 표시)과 상대전극(PT로 표시) 사이의 거리를 조절하여 두 전극이 맞닿게 되어 발생하는 단락(short-circuit)을 방지하고 전해질을 가두어 놓는 격벽 역할을 수행하기 위해 간극제(spacer), 예를 들어 surlyn이라는 고분자 물질을 사용하였으며, 이때 상기 광전극과 상대전극이 닿을 확률을 줄이기 위하여 25 ㎛ 이상의 두께를 사용해왔다.
이에 비하여 본 발명은 종래의 간극제를 대체하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 부도체 나노입자층을 도입하였고, 부도체의 특성상 얇은 두께를 사용해도 단락이 일어나지 않기 때문에 도입된 부도체 나노입자층의 두께가 두 전극 사이의 거리를 결정하게 되고, 결과적으로 얇은 두께의 부도체 나노입자층의 도입으로 인해 짧은 이온 이동 거리를 보장할 수 있도록 하였다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 전하이동층 상에 상기 부도체 나노입자층이 형성되면 기존의 간극제를 대체할 수 있는바, 부도체 나노입자층 상에 바로 상대전극을 배치할 수 있고, 이로 인하여 광전극과 상대전극 사이에 주입되는 전해질의 주입량이 줄어들게 되어 전해질층의 두께가 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 줄어들게 된다. 이로 인하여, 전해질의 이온 이동도를 비롯한 이동 특성은 동일하게 유지되지만 이온의 이동거리가 단축되며, 또한 본 발명에 도입된 부도체 나노입자의 산란 특성으로 인해 투과되는 잔여 빛을 더 이용함으로써, 단락전류 및 광전변환효율이 향상될 수 있다.
이때, 상기 부도체 나노입자층은 산란 특성과 부도체 특성을 가지는 것으로서, 투과되는 잔여 빛을 더 이용하여 단락전류 및 효율 향상에 기여할 수 있는 물질로 이루어지며 구체적으로 Al2O3, SiC, SiO2, Nb2O5, MgO 중에서 선택되는 1종 이상의 부도체 나노입자로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부도체 나노입자의 직경은 20 ㎚ 내지 1 ㎛ 직경인 것이 바람직하며, 상기 부도체 나노입자층의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전하이동층은 염료가 흡착된 10 내지 50 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제1 다공성 나노입자층 및 300 내지 500 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제2 다공성 나노입자층을 포함할 수 있고, 상기 다공성 나노입자는 티타니아(TiO2)인 것이 바람직하며, 상기 다공성 나노입자의 입자의 크기를 변화시킴에 따라 흡수되는 광 경로를 불규칙하게 변화시킴으로써 결과적으로 광경로를 길게 하는 효과가 있다.
상기 제1 다공성 나노입자층 및 제2 다공성 나노입자층이 모두 적층된 전하이동층의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다.
상기 염료는 루테늄계 염료, 크산텐계 염료, 시아닌계 염료, 포르피린계 염료 및 안드라퀴논계 염료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하며, 구체적으로 (a) 광전극 상에 염료가 흡착된 티타니아(TiO2) 다공성 나노입자로 이루어진 전하이동층을 형성하는 단계; (b) 상기 전하이동층 상에 Al2O3, SiC, SiO2, Nb2O5, MgO 중에서 선택되는 1종 이상의 부도체 나노입자로 이루어진 1 내지 20 ㎛ 두께의 부도체 나노입자층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 광전극과 상대전극 사이에 전해질을 주입하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 상기 전해질층의 두께가 줄어드는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이하에서는 바람직한 실시예 등을 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 : 염료감응 태양전지 제조
상대전극은 백금(PT)을 도포한 투명 유리 전극을 사용하였고, 광전극은 불소가 도핑된 이산화주석(FTO; F-doped SnO2)을 기판으로 사용하였으며, 광전극상에 Z991 염료가 흡착된 20 ㎚의 TiO2 입자를 12 ㎛ 두께로, 400 ㎚ TiO2 입자를 4 ㎛ 두께로 쌓아 전하이동층을 형성하였고, 전하이동층 상에 500 ㎚ Al2O3 입자를 1.5 ㎛ 두께로 쌓아 부도체 나노입자층을 형성하였으며, 광전극과 상대전극 사이에 전해질을 주입하였다.
또한, 부도체 나노입자층을 형성하여 전해질층의 두께를 줄임으로써 간극이 0 ㎛인 태양전지, 부도체 나노입자층을 형성하고 기존의 간극제인 surlyn을 사용하여 간극이 25 ㎛, 60 ㎛인 태양전지를 제조하였다.
이때, 상기 염료감응 태양전지에 사용되는 전해질은 하기와 같이 제조하였다.
(1) 고체 고분자 전해질의 제조
고체 고분자 전해질은 2.0 M 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이이드, 0.08 M I2, 0.5 M 4-tert-부틸피리딘, 0.1 M KI를 중량비 6:4로 폴리(에틸렌 글리콜)디메틸에테르(PEGDME)와 분자량 600,000의 폴리(에틸렌 옥사이드)에 녹인 전해질을 사용하였다.
(2) 액체 전해질의 제조
액체 전해질은 0.6 M 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이이드(MPII), 0.05 M 아이오딘(I2), 0.5 M 4-tert-부틸피리딘(t-BP), 0.1 M 포타슘 아이오다이드(KI)를 아세토나이트릴에 혼합하여 제조하였다.
(3) 준고체 고분자 전해질
준고체 고분자 전해질은 0.6 M 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이이드(MPII), 0.05 M 아이오딘(I2), 0.5 M 4-tert-부틸피리딘(t-BP), 0.1 M 포타슘 아이오다이드(KI)를 아세토나이트릴에 혼합하여 제조하고 전체 중량비의 10%의 실리카(SiO2)를 혼합하여 만들었다.
(4) 이온성 액체 전해질
이온성 액체 전해질은 0.6 M 1-메틸-3-프로필이미다졸리움 아이오다이이드(MPII), 0.05 M 아이오딘(I2), 0.5 M 4-tert-부틸피리딘(t-BP), 0.1 M 포타슘 아이오다이드(KI)를 1-에틸-3메틸 이미다졸리움 시오시아네이트(1-ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanate)에 혼합하여 제조하였다.
실험예 1: 전해질 종류에 따른 태양전지 효율 비교
상기 실시예 1에서와 같이 제조된 태양전지의 전해질 종류에 따른 태양전지의 광기전 특성들을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
전해질 간극(㎛) VOC(V) JSC(mA/cm2) FF Eff(%)
액체 25 0.70 17.5 0.73 9.0
고체 고분자 0 0.72 16.5 0.69 8.2
25 0.73 15.7 0.70 8.0
60 0.74 14.5 0.69 7.4
준고체 고분자 0 0.72 15.7 0.71 8.1
25 0.72 14.2 0.71 7.3
60 0.73 13.2 0.72 6.9
이온성 액체 0 0.68 17.3 0.68 8.1
25 0.70 16.3 0.69 7.9
60 0.75 14.3 0.70 7.5
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 간극이 25 ㎛인 액체 전해질을 사용한 태양전지가 간극이 25 ㎛로 동일한 고체 고분자, 준고체 고분자 및 이온성 액체 전해질을 사용한 태양전지보다 효율이 높다는 것을 알 수 있다.
그러나, 이들의 간극을 60 ㎛로 넓히면, 공통적으로 전류밀도 및 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있고, 이들의 간극을 0 ㎛로 줄이면 액체 전해질을 사용한 경우에 근접할 정도로 전류밀도 및 효율이 상승한다는 점을 도출할 수 있었다.
이를 통해, 간극제를 사용하지 않고 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질층의 두께를 줄이면(간극이 0 ㎛ 인 경우), 이온 이동거리의 단축을 통해 전류밀도 및 효율의 상승을 가져올 수 있다는 사실을 알 수 있다.
실험예 2 : 부도체 나노입자의 종류에 따른 전해질에 따른 태양전지의 효율 비교
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 부도체 종류에 따른 태양전지의 효율을 비교하기 위하여, 부도체 종류를 달리하여 제조된 염료감응 태양전지의 효율을 측정하였다. 구체적으로 부도체 나노입자층을 형성하여 전해질층의 두께를 줄여 간극을 0 로 만든 경우와, 부도체 나노입자층을 형성하고 기존의 간극제인 surlyn을 사용하여 간극을 60 로 만든 경우로 나누어 효율을 측정하였고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.
부도체 간극(60 ㎛) 간극(0 ㎛)
Al2O3 6.9 % 8.1 %
SiC 7.2 % 7.9 %
SiO2 7.5 % 7.7 %
Nb2O 5.1 % 5.9 %
MgO 6.0 % 6.4 %
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 간극제를 사용하지 않고 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질층의 두께를 줄이면(간극이 0 ㎛인 경우), 공통적으로 효율의 상승효과가 나타난다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 부도체 나노입자로 Al2O3를 사용할 경우, 효율이 가장 높다는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: 알루미나 나노입자의 크기에 따른 태양전지 효율
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 태양전지에 사용된 부도체인 알루미나 나노입자의 크기에 따른 태양전지의 효율을 비교하기 위하여, 상기 알루미나 입자 크기를 다르게 하여 제조된 염료감응 태양전지의 효율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 도 3a 내지 3d에 나타내었다.
도 3a 내지 3d에 나타낸 바와 같이, 간극제를 사용하지 않고 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질층의 두께를 줄이면(간극이 0 ㎛인 경우), 부도체 나노입자층을 구성하는 알루미나 입자 크기에 상관없이 공통적으로 효율의 상승효과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
실험예 4: 부도체 나노입자층의 두께에 따른 태양전지 효율
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 태양전지에 사용된 부도체 나노입자층의 두께에 따른 태양전지의 효율을 비교하기 위하여, 상기 부도체 나노입자층의 두께를 다르게 하여 제조된 염료감응 태양전지의 효율을 측정하였. 구체적으로 부도체 나노입자층을 형성하여 전해질층의 두께를 줄여 간극을 0 ㎛로 만든 경우와, 부도체 나노입자층을 형성하고 기존의 간극제인 surlyn을 사용하여 간극을 60 ㎛로 만든 경우로 나누어 효율을 측정하였고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.
필름 두께 효율, 60 ㎛ 효율, 0 ㎛
1 ㎛ 7.1 % 8.4 %
2 ㎛ 7.2 % 8.1 %
4 ㎛ 7.2 % 8.1 %
10 ㎛ 7.0 % 7.5 %
12 ㎛ 6.8 % 7.5 %
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 간극제를 사용하지 않고 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질층의 두께를 줄이면(간극이 0 ㎛인 경우), 부도체 나노입자 필름의 두께에 상관없이 공통적으로 효율이 상승하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 부도체 나노입자 필름의 두께가 얇아 이온 이동거리가 짧은 경우 효율 증가 효과가 가장 크다는 것을 확인할 수 있다.
실험예 5: 전하이동층의 두께에 따른 태양전지 효율
상기 실시예 1에서와 같이 제조된 태양전지에 사용된 전하이동층의 두께에 따른 태양전지의 효율을 비교하기 위하여, 상기 전하이동층의 두께를 다르게 하여 제조된 염료감응 태양전지에 적용하였다.
상기와 같이 제조된 태양전지 효율을 확인한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
TiO2 두께 전해질 간극(㎛) VOC(V) JSC(mA/cm2) FF Eff(%)
4 ㎛ 액체 25 0.73 12.5 0.74 6.8
고체고분자 0 0.74 13.4 0.66 6.6
25 0.74 12.2 0.67 6.1
8 ㎛ 액체 25 0.71 14.7 0.73 7.7
고체고분자 0 0.73 14.2 0.71 7.3
25 0.75 14.1 0.66 7.0
12 ㎛ 액체 25 0.71 15.1 0.74 7.9
고체고분자 0 0.71 15.6 0.66 7.3
25 0.73 15.6 0.62 7.1
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 20 ㎚ TiO2 입자층의 두께를 4, 8, 12 ㎛ 변화하면서 실험한 결과, 이전의 실험결과와 같은 경향성을 보였으며 부도체 나노입자층을 도입하고 간극이 줄어들면 공통적으로 효율의 상승효과가 나타난다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 간극제를 사용하지 않고 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질층의 두께를 줄인다면 이온 이동거리의 단축으로 인하여 전하이동층의 두께의 변화나 전해질의 종류에 상관없이 이온전도도가 낮은 전해질의 이온 이동 문제를 해결할 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 6: 염료 종류에 따른 태양전지 효율
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 태양전지에 사용된 염료의 종류에 따른 태양전지의 효율을 비교하기 위하여, 염료의 종류를 다르게 하여 제조된 염료감응 태양전지의 효율을 측정하였으며, 상기 염료는 구체적으로 Z991(도 4a), N719(도 4b), C106(도 4c), D1319(도 4d) 염료를 사용하였고, 그 결과는 하기 도 4a 내지 4d에 나타내었다.
도 4a 내지 4d에 나타낸 바와 같이, 간극제를 사용하지 않고 부도체 나노입자층을 도입하여 전해질층의 두께를 줄이면(간극이 0 ㎛인 경우), 사용된 염료의 종류에 상관없이 공통적으로 효율의 상승효과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 전하이동층 상에 부도체 나노입자층을 도입함으로써 광전극과 상대전극 사이에 주입되는 전해질의 주입량을 줄일 수 있고, 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 전해질층의 두께가 줄어들게 되어 이온 이동거리를 단축시킴으로써 향상된 단락전류 및 광전변환 효율을 나타낼 수 있다.

Claims (10)

  1. 광전극 상에 형성된 전하이동층 및 광전극과 상대전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서,
    상기 전하이동층 상에 형성된 부도체 나노입자층을 더 포함하고,
    상기 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 상기 전해질층의 두께가 줄어드는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부도체 나노입자층은 Al2O3, SiC, SiO2, Nb2O5, MgO 중에서 선택되는 1종 이상의 부도체 나노입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부도체 나노입자층은 20 ㎚ 내지 1 ㎛ 직경의 나노입자로 이루어지고,
    상기 부도체 나노입자층의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전하이동층은 염료가 흡착된 10 내지 50 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제1 다공성 나노입자층 및 300 내지 500 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제2 다공성 나노입자층을 포함하고,
    상기 다공성 나노입자는 티타니아(TiO2)인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 염료는 루테늄계 염료, 크산텐계 염료, 시아닌계 염료, 포르피린계 염료 및 안드라퀴논계 염료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전하이동층의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  7. (a) 광전극 상에 염료가 흡착된 티타니아(TiO2) 다공성 나노입자로 이루어진 전하이동층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 전하이동층 상에 Al2O3, SiC, SiO2, Nb2O5, MgO 중에서 선택되는 1종 이상의 부도체 나노입자로 이루어진 1 내지 20 ㎛ 두께의 부도체 나노입자층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 광전극과 상대전극 사이에 전해질을 주입하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 전하이동층 및 부도체 나노입자층의 두께만큼으로 상기 전해질층의 두께가 줄어드는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 부도체 나노입자의 직경은 20 ㎚ 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전하이동층은 염료가 흡착된 10 내지 50 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제1 다공성 나노입자층 및 300 내지 500 ㎚ 직경의 다공성 나노입자로 이루어진 제2 다공성 나노입자층을 포함하고,
    상기 전하이동층의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 염료는 루테늄계 염료, 크산텐계 염료, 시아닌계 염료, 포르피린계 염료 및 안드라퀴논계 염료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
PCT/KR2015/008299 2014-10-07 2015-08-07 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 WO2016056743A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140135251A KR101611082B1 (ko) 2014-10-07 2014-10-07 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
KR10-2014-0135251 2014-10-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016056743A1 true WO2016056743A1 (ko) 2016-04-14

Family

ID=55653319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/008299 WO2016056743A1 (ko) 2014-10-07 2015-08-07 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101611082B1 (ko)
WO (1) WO2016056743A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070044831A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 National University Corporation Kyushu Institute Of Technology Electrolyte composition and dye-sensitized solar cell
US20100229949A1 (en) * 2006-08-24 2010-09-16 Toyo Seikan Kaisha, Ltd. Dye-sensitized solar cell
KR20120020938A (ko) * 2010-08-31 2012-03-08 인제대학교 산학협력단 염료감응 태양전지용 광전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지
KR20140084426A (ko) * 2012-12-26 2014-07-07 엘지디스플레이 주식회사 다공성 입자의 광 산란층을 구비한 염료감응 태양전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070044831A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 National University Corporation Kyushu Institute Of Technology Electrolyte composition and dye-sensitized solar cell
US20100229949A1 (en) * 2006-08-24 2010-09-16 Toyo Seikan Kaisha, Ltd. Dye-sensitized solar cell
KR20120020938A (ko) * 2010-08-31 2012-03-08 인제대학교 산학협력단 염료감응 태양전지용 광전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지
KR20140084426A (ko) * 2012-12-26 2014-07-07 엘지디스플레이 주식회사 다공성 입자의 광 산란층을 구비한 염료감응 태양전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WOOHYUNG CHO ET AL.: "High-efficiency solid-state polymer electrolyte dye-sensitized solar cells with a bi-functional porous layer", JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, 8 September 2014 (2014-09-08), pages 1 - 4 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR101611082B1 (ko) 2016-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lan et al. Quasi-solid state dye-sensitized solar cells based on gel polymer electrolyte with poly (acrylonitrile-co-styrene)/NaI+ I2
KR101146667B1 (ko) 금속산화물 페이스트 조성물 및 그를 이용한 반도체 전극의제조방법
WO2016186317A1 (ko) 페로브스카이트 태양 전지 모듈
WO2012053711A1 (ko) 그래핀을 전기영동법으로 증착시켜 제조하는 상대전극의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 상대전극 및 이를 포함하는 염료감응형 태양전지
WO2018088632A1 (ko) 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
KR101348391B1 (ko) 이미다졸륨염이 화학적으로 결합된 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지용 나노젤형 전해질
Xu et al. Bifacial dye-sensitized solar cells using highly transparent PEDOT: PSS films as counter electrodes
JP2003264011A (ja) 染料感応太陽電池
JP2007311336A (ja) リン酸塩を含有する半導体電極及びこれを採用した太陽電池
WO2012134166A2 (en) Polymer electrolyte composition and dye-sensitized solar cell containing the same
WO2014003294A1 (ko) 페로브스카이트 기반 메조다공 박막 태양전지 제조 기술
WO2016056743A1 (ko) 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
US8956910B2 (en) Method for fabricating photoanode for dye-sensitized solar cell
KR101193175B1 (ko) 금속산화물 페이스트 조성물 및 그를 이용한 반도체 전극의 제조방법
JP2013201099A (ja) 低照度用色素増感太陽電池
WO2010137781A1 (ko) 염료감응 태양전지의 제조 방법
WO2013062269A1 (ko) 염소 이온이 흡착된 이산화티탄 나노입자 및 이의 제조방법
KR20100133486A (ko) 광전 변환 소자
Vijayakumar et al. New liquid crystal-embedded PVdF-co-HFP-based polymer electrolytes for dye-sensitized solar cell applications
Cheng et al. A novel phenoxazine-based hole transport material for efficient perovskite solar cell
Kim et al. Novel photo-crosslinkable polymeric electrolyte system based on poly (ethylene glycol) and trimethylolpropane triacrylate for dye-sensitized solar cell with long-term stability
KR101086631B1 (ko) 산화티타늄 나노섬유가 첨가된 염료감응형 태양전지의 광전극 및 그 제조방법
Yin et al. Novel chemically cross-linked solid state electrolyte for dye-sensitized solar cells
WO2011155789A2 (ko) 겔형 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지
WO2011049402A2 (ko) 고분자 공흡착제를 갖는 염료감응형 태양전지용 광전극

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15848549

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15848549

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1