KR100656365B1 - Composition of non-aqueous paste for forming semiconductor electrode of dye-sensitized solar cell, preparation method thereof, and dye-sensitized solar cells comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 전류 전압 특성을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the results of evaluating the current voltage characteristics of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 반도체 전극 12: 유리 기판10: semiconductor electrode 12: glass substrate
14: 비수용성 페이스트 층 20: 상대 전극14: water-insoluble paste layer 20: counter electrode
22: 유리 기판 24: 백금층22: glass substrate 24: platinum layer
26: 미세 구멍 30: 전해질 용액26
40: 고분자층40: polymer layer
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 특히 TiO2 나노 입자 반도체 전극을 포함하는 염료감응 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly to a dye-sensitized solar cell comprising a TiO 2 nanoparticle semiconductor electrode.
1991년에 스위스의 그라첼 (Gratzel)에 의해 고효율의 염료감응 태양전지가 발명된 이후 전 세계적으로 많은 연구가 행하여져 왔다. 염료감응 태양전지는 10% 이상의 광전변환 효율을 가질 수 있고 기존의 실리콘 태양전지에 비해 크게 원가 절감할 수 있다고 알려져 있기 때문에 차세대 태양전지로써 활발한 연구활동이 이루어지고 있다. 염료감응 태양전지는 루테늄계 염료가 흡착된 다공성의 나노 산화물 입자 박막이 코팅된 전극과, 촉매로써 백금 혹은 탄소가 코팅된 상대 전극 사이에 요오드계 산화 환원 전해질을 주입, 밀봉하여 만들어진다. 염료감응 태양전지의 광전 변환효율은 태양전지의 전류 밀도, 전압 및 충진 계수(fill factor)의 곱에 의하여 결정되기 때문에 에너지 변환 효율을 증대시키기 위해서는 전류, 전압, 및 충진 계수 값을 향상시켜야 한다. 이중 전압을 상승시킬 수 있는 방법으로는 표면 상태(surface state)를 개질 하여 재결합(recombination)을 극소화시킴으로써 전류 밀도를 높이는 방법, 나노 입자 산화물의 전도띠(conductive) 에너지를 표준수소 전극 전위에 대하여 음의 값으로 증가시키는 방법, 요오드계 전해질의 산화-환원 전위를 표준수소전극 전위에 대하여 양의 값으로 증가시키는 방법 등이 있다. Since the invention of high-efficiency dye-sensitized solar cells in 1991 by Gratzel, Switzerland, much research has been done around the world. Dye-sensitized solar cells have a photoelectric conversion efficiency of 10% or more, and are known to be able to significantly reduce costs compared to conventional silicon solar cells, and thus active research activities are being conducted as next generation solar cells. Dye-sensitized solar cells are made by injecting and sealing an iodine-based redox electrolyte between an electrode coated with a porous nano oxide particle thin film adsorbed with ruthenium-based dye and a counter electrode coated with platinum or carbon as a catalyst. Since the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is determined by the product of the solar cell's current density, voltage, and fill factor, the current, voltage, and fill factor values must be improved to increase energy conversion efficiency. The method of increasing the double voltage is a method of increasing the current density by modifying the surface state to minimize recombination. And a method of increasing the oxidation-reduction potential of the iodine-based electrolyte to a positive value with respect to the standard hydrogen electrode potential.
종래 고효율의 염료감응 태양전지를 제조하기 위해 비표면적이 넓은 TiO2 나노입자 박막을 제조하였다. 상세하게, TiO2 나노입자의 수용액을 수열 반응을 통해 합성한 후, TiO2 나노입자 수용액을 적당량의 고분자와 혼합하여 소정의 점도를 갖 는 페이스트 조성물을 제조하였다. 상기 페이스트 조성물을 전도성 기판 위에 닥터 블레이드(doctor-blade) 방법으로 도포하고 건조 및 열처리를 통해 기판 밀착성과 입자 간 결합이 우수한 TiO2 나노입자 의 박막을 제조하였다. In order to manufacture a dye-sensitized solar cell with high efficiency, a TiO 2 nanoparticle thin film having a large specific surface area was prepared. In detail, an aqueous solution of TiO 2 nanoparticles was synthesized through hydrothermal reaction, and then a TiO 2 nanoparticle aqueous solution was mixed with an appropriate amount of polymer to prepare a paste composition having a predetermined viscosity. The paste composition was applied on a conductive substrate by a doctor-blade method, and a thin film of TiO 2 nanoparticles having excellent substrate adhesion and interparticle bonding was prepared through drying and heat treatment.
그러나 종래 염료감응 태양전지에 이용된 TiO2 나노입자의 페이스트 조성물은 용매의 증발로 인해 장기 보관성이 좋지 않고 일정한 박막의 두께를 얻기 힘든 단점이 있다. 또한, 전도성 기판상에 상기 페이스트 조성물을 닥터 블레이드 방법으로 코팅하는 것은 대량 생산에 적합하지 않아 양산성 및 경제성이 떨어지는 문제가 있다. However, the paste composition of the TiO 2 nanoparticles used in the conventional dye-sensitized solar cell has a disadvantage in that long-term storage is poor due to evaporation of the solvent and it is difficult to obtain a constant thin film thickness. In addition, the coating of the paste composition on the conductive substrate by a doctor blade method is not suitable for mass production, and thus there is a problem in that mass production and economic efficiency are inferior.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 재료로서 장기 보관이 가능하고 대량 생산이 용이한 비수용성 페이스트 조성물을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a non-aqueous paste composition capable of long-term storage and easy mass production as a semiconductor electrode material of a dye-sensitized solar cell.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 장기 보관이 가능하고 대량 생산이 가능한 비수용성 페이스트 조성물을 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for easily manufacturing a non-aqueous paste composition capable of long-term storage and mass production.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 장기 보관이 가능하고 대량 생산이 용이한 비수용성 페이스트 조성물을 이용하여 광전 변환효율이 우수한 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency by using a non-aqueous paste composition that can be stored for a long time and easy to mass production.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 양산성 및 작업성이 우수한 스크린 프린팅법을 이용하여 염료감응 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell using a screen printing method excellent in mass productivity and workability.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 염료감응 태양전지의 반도체 전극재료로서 TiO2 나노입자, 유기용매, 결합제 및 계면활성제를 함유하는 비수용성 페이스트 조성물을 포함한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention includes a non-aqueous paste composition containing TiO 2 nanoparticles, an organic solvent, a binder and a surfactant as a semiconductor electrode material of a dye-sensitized solar cell.
상기 TiO2는 나노 크기의 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기용매는 터피네올, 부틸 카르비톨, 또는 이들의 혼합물 등을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 결합제는 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 또는 프로필 셀룰로오스를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 계면 활성제는 로릴 산, 수산화 벤조산, 또는 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. The TiO 2 is preferably to use nano-sized particles. It is preferable to use terpineol, butyl carbitol, or a mixture thereof as the organic solvent. The binder is preferably methyl cellulose, ethyl cellulose, or propyl cellulose. It is preferable to use a lauryl acid, benzoic acid hydroxide, a mixture thereof, etc. as said surfactant.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 상기 비수용성 페이스트 조성물의 제조 방법을 포함한다. 상기 제조 방법은 티타늄 알콕사이드, 물 및 아세트산을 수열반응시켜 TiO2 나노입자 용액을 제조한다. 바람직하게 TiO2 나노입자, 유기용매, 결합제, 및 계면활성제는 바람직하게 약 1: 2~5: 0.1~2: 0.01~2의 중량 비율로 반응시켜 상기 TiO2 나노입자 용액을 제조할 수 있다. 상기 용액의 용매인 물과 아세트산을 알코올로 치환한다. 또한, 유기용매와 결합제, 및 계면 활성제를 혼합하여 유기 페이스트 액을 제조한다. 그리고 상기 용매가 알코올로 치환된 TiO2 나노입자 용액을 상기 유기 페이스트 액과 혼합하고 알코올을 증발시켜 비수용성 페이스트 조성물을 형성한다. 따라서 상기 비수용성 페이스트 조성물은 염료감응 태양전지의 반도체 전극으로 용이하게 이용될 수 있다. In addition, the present invention includes a method for producing the water-insoluble paste composition in order to achieve the other technical problem. The preparation method hydrothermally reacts titanium alkoxide, water and acetic acid to prepare a TiO 2 nanoparticle solution. Preferably, the TiO 2 nanoparticles, the organic solvent, the binder, and the surfactant may be reacted at a weight ratio of about 1: 2 to 5: 0.1 to 2: 0.01 to 2 to prepare the TiO 2 nanoparticle solution. Water and acetic acid, which are solvents of the solution, are substituted with alcohol. In addition, an organic solvent is prepared by mixing an organic solvent, a binder, and a surfactant. The TiO 2 nanoparticle solution in which the solvent is substituted with alcohol is mixed with the organic paste solution and the alcohol is evaporated to form a water-insoluble paste composition. Therefore, the water-insoluble paste composition can be easily used as a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 TiO2 나노입자, 유기용매, 결합제 및 계면활성제를 혼합한 비수용성 페이스트 조성물을 도포 및 소성하여 형성된 반도체 전극, 상대 전극, 및 상기 반도체 전극과 상대 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하는 염료감응 태양전지를 포함한다. In addition, in order to achieve the above technical problem, the present invention provides a semiconductor electrode, a counter electrode, and a semiconductor electrode formed by applying and baking a non-aqueous paste composition containing TiO 2 nanoparticles, an organic solvent, a binder, and a surfactant. It includes a dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte solution interposed between the electrodes.
상기 반도체 전극은 TiO2 나노입자, 유기용매, 결합제 및 계면활성제를 혼합한 비수용성 페이스트 조성물을 스크린 프린트법을 이용하여 전도성 기판에 도포 및 소성함으로써 형성한다. 상기 반도체 전극은 약 10 내지 20㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 전도성 기판은 전도성 유리 기판, 전도성 금속 기판, 반도체 기판 또는 부도체 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 전극은 상기 산화물에 화학적으로 흡착되어 있는 염료 분자층을 더 포함한다. 상기 염료 분자층은 루테늄 착제로 이루어진다.The semiconductor electrode is formed by applying and baking a non-aqueous paste composition containing TiO 2 nanoparticles, an organic solvent, a binder, and a surfactant to a conductive substrate using a screen printing method. The semiconductor electrode is preferably formed to a thickness of about 10 to 20㎛. The conductive substrate may be a conductive glass substrate, a conductive metal substrate, a semiconductor substrate or a non-conductive substrate. In addition, the semiconductor electrode further includes a dye molecule layer chemically adsorbed to the oxide. The dye molecular layer consists of a ruthenium complex.
상기 상대 전극은 전도성 투명 기판에 백금층이 코팅된 투명 기판을 사용할 수 있으며, 상기 전해질 용액은 요오드계 산화 환원 전해질을 사용할 수 있다.The counter electrode may use a transparent substrate coated with a platinum layer on a conductive transparent substrate, and the electrolyte solution may use an iodine-based redox electrolyte.
또한, 본 발명은 전도성 기판 상에 상기 비수용성 페이스트 조성물을 스크린 프린팅법을 이용하여 도포 및 소성하고, 염료 분자층을 형성하여 반도체 전극을 완성한다. 그리고 전도성 기판에 백금을 코팅하여 상대전극을 형성하고, 상기 반도체 전극과 상기 상대전극 사이에 전해질 용액을 가하여 염료감응 태양전지를 제조하는 방법을 포함한다. In addition, the present invention is applied and baked on the non-aqueous paste composition using a screen printing method on a conductive substrate, to form a dye molecule layer to complete a semiconductor electrode. And forming a counter electrode by coating platinum on the conductive substrate, and adding an electrolyte solution between the semiconductor electrode and the counter electrode to manufacture a dye-sensitized solar cell.
따라서 본 발명의 비수용성 페이스트 조성물은 용매의 휘발로 인해 조성이 변화됨을 방지하여 장기보관이 가능하고, 염료감응 태양전지의 스크린 프린트법으로 전도성 기판에 코팅될 수 있다. 상기 비수용성 페이스트 조성물을 전도성 기판에 도포하여 제조한 본 발명의 염료감응 태양전지는 광전변환 효율이 우수한 특성이 있다. 또한, 상기 비수용성 페이스트 조성물을 스크린 프린트법을 이용하여 전도성 기판에 코팅될 수 있어 염료감응 태양전지의 양산성을 증가시킬 수 있다. Therefore, the water-insoluble paste composition of the present invention can be stored for a long time by preventing the composition from changing due to the volatilization of the solvent, it can be coated on the conductive substrate by the screen printing method of the dye-sensitized solar cell. The dye-sensitized solar cell of the present invention prepared by applying the non-aqueous paste composition to a conductive substrate has excellent photoelectric conversion efficiency. In addition, the non-aqueous paste composition may be coated on the conductive substrate using a screen printing method to increase the mass productivity of the dye-sensitized solar cell.
이하, 본 발명의 비수용성 페이스트 조성물 및 이를 이용한 염료감응 태양전지의 제조예를 설명한다. 또한, 상기 염료감응 태양전지의 전기적 특성을 측정한 실험예를 설명한다. 상기 제조예 및 실험예는 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 제조예 및 실험예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려 여기서 소개되는 제조예 및 실험예들은 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시될 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되는 것들이다.Hereinafter, the preparation example of the water-insoluble paste composition of the present invention and a dye-sensitized solar cell using the same will be described. In addition, an experimental example in which the electrical characteristics of the dye-sensitized solar cell are measured will be described. The preparation and experimental examples will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the preparation examples and experimental examples described herein, but may be embodied in other forms. Rather, the preparation examples and experimental examples introduced herein are provided by way of example so that the technical spirit of the present invention can be thoroughly and completely disclosed, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.
다음에 본 발명에 따른 비수용성 페이스트 조성물 및 그 제조 방법을 설명한다. Next, a water-insoluble paste composition and a method for producing the same according to the present invention are described.
티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 아세트산, 이소프로판올(isopropanol) 및 물(water)을 사용하여 230℃에서 12시간 반응시켜 수열합성 (hydrothermal synthesis) 방법에 의하여 약 5∼30㎚의 TiO2 나노입자 용액을 합성한다. Titanium isopropoxide, acetic acid, isopropanol and water were reacted at 230 ° C. for 12 hours using TiO 2 nanoparticles of about 5 to 30 nm by hydrothermal synthesis. Synthesize the solution.
상기 TiO2 나노입자 용액에서 용매를 증발시켜 TiO2 나노입자의 함량이 중량비로 5∼15 중량% 가 되도록 한다. 원심분리를 통해 용매를 에탄올로 치환한다. 상기 TiO2 나노입자 용액의 분산도를 높이기 위해서 초음파 분쇄 처리 또는 볼 밀링 공정을 더 행할 수 있다. Evaporation of the solvent in the TiO 2 nanoparticle solution the content of TiO 2 nanoparticles and such that 5 to 15% by weight in a weight ratio. The solvent is replaced with ethanol by centrifugation. In order to increase the degree of dispersion of the TiO 2 nanoparticles solution, an ultrasonic grinding treatment or a ball milling process may be further performed.
상기 TiO2 나노입자 용액에 함유된 TiO2 나노입자 중량을 기준으로 3.5 중량비의 테피네올, 0.5 중량비의 에틸 셀룰로오스, 0.1 중량비의 로릴 산을 혼합하고 가열 교반하여 점도를 갖는 유기 페이스트 액을 얻는다. 상기 유기 페이스트 액에 상기 TiO2 나노입자의 에탄올 용액을 가한 후 약 80℃에서 가열 교반하여 에탄올을 증발시켜 비수용성 페이스트 조성물을 제조한다. The TiO 2 to obtain the ethyl cellulose-organic paste solution was stirred mixture of lauryl acid of 0.1 weight ratio, and heating with a viscosity of the TiO 2 nanoparticle based on weight of 3.5 weight ratio of Te terpineol a 0.5 weight ratio contained in the nanoparticle solution. After the ethanol solution of the TiO 2 nanoparticles was added to the organic paste solution, the mixture was heated and stirred at about 80 ° C. to evaporate ethanol to prepare a water-insoluble paste composition.
다음에 상기에서 제조된 비수용성 페이스트 조성물을 이용한 본 발명의 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로, 이를 참조하여 상세히 설명한다. Next, the dye-sensitized solar cell of the present invention using the water-insoluble paste composition prepared above and a method of manufacturing the same will be described. 1 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to the present invention, will be described in detail with reference to this.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 반도체 전극(10)과 상대 전극(20), 및 이들의 사이에 개재되어 있는 전해질 용액(30)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a
상기 반도체 전극(10)은 전도성 유리 기판(12)에 비수용성 페이스트 조성물(14)을 도포 후 소성하여 제조한다. 도포 방법으로는 스크린 프린트법을 이용한다. 즉 인쇄하고자 하는 패턴이 그려진 망사조직(스크린)위에 상기 비수용성 페이스트 조성물(14)을 도포하고 스퀴지(페이스트 조성물 도포 막대)로 상기 비수용성 페이스트 조성물(14)을 밀어서 패턴대로 인쇄한 후 500 C에서 30 분 소성하여 반도체 전극(10)을 형성한다. 상기와 같은 스크린 프린트법은 양산성 및 경제성이 우수하여 대량 생산을 유도할 수 있으며, 미세 패턴 적용에도 적합하다. 본 발명의 비수용성 페이스트 조성물(14)은 상기 스크린 프린트법을 이용한 코팅시 조성 성분을 유지할 수 있어 염료감응 태양전지의 반도체 전극 재료로서 유용하게 이용될 수 있다. 상기 반도체 전극(10)은 약 10 내지 20㎛ 두께로 형성 되는 것이 바람직하다. 상기 반도체 전극(10)이 코팅되어 있는 전도성 유리 기판(12)을 루테늄 착제로 이루어진 염료 용액 내에서 24시간 이상 담가 상기 반도체 전극(10)에 염료 분자 층이 화학적으로 흡착되도록 한다. 따라서 염료가 코팅된 반도체 전극(10)을 형성한다. The
상기 상대 전극(20)은 전도성 유리 기판(22)에 백금(24)을 코팅하여 제조한다. 따라서 상기 상대 전극(20)의 백금(24)은 상기 반도체 전극(10)과 대향 되도록 배치된다. 반도체 전극(10)과 상대 전극(20) 사이에 고분자층(40)을 놓고 상기 두 전극을 밀착시킨다. 이때, 열 및 압력을 가하여 상기 고분자층(40)이 상기 두 전극의 표면에 강하게 부착되도록 한다. 상기 두 전극이 부착된 후, 상대 전극에 형성된 미세 구멍(26)을 통하여 전해질 용액(30)을 채워 넣는다. 상기 전해질 용액(30)은 요오드계 산화 환원 전해질을 사용할 수 있다. 상기 전해질 용액(30)이 다 채워진 후, 얇은 유리와 고분자층을 순간적으로 가열함으로써 상기 미세 구멍(26)을 막 아 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 완성한다. The
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 전류 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the results of evaluating the current voltage characteristics of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.
본 평가에서 실험군은 본 발명에 따라 합성된 TiO2 나노입자 용액으로 제조한 비수용성 페이스트 조성물을 스크린 프린트하여 전극으로 사용한 염료감응 태양전지를 사용하였다. 대조군은 상기 TiO2 나노입자 용액 대신 실제 상용되고 있는 나노 크기 입자의 TiO2 분말(제품명: F-5 또는 F-6, Showa Denko 사)을 이용하여 실험군과 동일하게 제조된 염료감응 태양전지를 사용하였다. 도 2에서 대조군은 (a)로 실험군은 (b)로 나타내었다. 도 2의 결과로부터, 본 발명의 염료감응 태양전지는 대조군에 비해 광전류가 증가된 것을 확인할 수 있다. In this evaluation, the experimental group used a dye-sensitized solar cell screen-printed a non-aqueous paste composition prepared from the TiO 2 nanoparticle solution synthesized according to the present invention. The control group is a dye-sensitized solar cell prepared in the same manner as the experimental group using TiO 2 powder (product name: F-5 or F-6, Showa Denko, Inc.) of nano-sized particles that are actually used instead of the TiO 2 nanoparticle solution. It was. In Figure 2, the control group is represented by (a) and the experimental group (b). From the results of Figure 2, it can be seen that the dye-sensitized solar cell of the present invention increased the photocurrent compared to the control.
또한, 하기 [표 1]에 실험군과 대조군의 전류밀도 (Jsc), 개방전압 (Voc), 충진 계수 (FF) 및 에너지 변환효율 (Eff.) 값을 나타내었다. 상기 전류밀도는 단락 회로(short circuit), 즉 전압이 0 V 일 때의 광전류밀도를 나타내며, 상기 전압은 개방 회로(open circuit), 즉 전류밀도가 0 mA/cm2 일 때의 전압을 나타낸다. 에너지 변환 효율은 하기식에 의한 것이다. 여기서 Is는 입사광의 세기로 100 mW/cm2으로 하였다. In addition, Table 1 shows the current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc), the filling factor (FF) and the energy conversion efficiency (Eff.) Values of the experimental group and the control group. The current density represents a short circuit, that is, the photocurrent density when the voltage is 0 V, and the voltage represents an open circuit, that is, the voltage when the current density is 0 mA / cm 2 . The energy conversion efficiency is based on the following formula. Here, Is is 100 mW / cm 2 as the intensity of incident light.
에너지 변환 효율(η) = Jsc × Voc × FF /Is Energy Conversion Efficiency (η) = Jsc × Voc × FF / Is
상기 [표 1]에 따르면, 실험군이 대조군에 비해 전류밀도 및 개방전압 모두 높은 값을 나타내어 본 발명의 염료감응 태양전지가 우수한 전기적 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 상기 식에 따르면 에너지 변환 효율은 전류밀도 및 개방전압, 충진 계수가 클수록 에너지 변환 효율도 증가한다. 따라서 본 발명의 염료감응 태양전지가 대조군보다 더 큰 전류밀도 및 개방전압 값을 가지므로 에너지 변환 효율도 우수함을 알 수 있다.According to the above [Table 1], it can be seen that the dye-sensitized solar cell of the present invention exhibits excellent electrical characteristics because the experimental group shows higher values of both current density and open voltage than the control group. In addition, according to the above formula, the energy conversion efficiency increases as the current density, the open voltage, and the filling factor increase. Therefore, it can be seen that the dye-sensitized solar cell of the present invention has a larger current density and an open voltage value than the control group, so that the energy conversion efficiency is also excellent.
상기한 바와 같이, 본 발명은 염료감응 태양전지의 반도체 전극으로 TiO2 나노입자 용액을 포함하는 비수용성 페이스트 조성물을 포함한다. 따라서 본 발명의 비수용성 페이스트 조성물은 용매가 휘발 되는 특성이 없어 장기 보관이 가능하며, 반도체 전극 제조시 스크린 프린트법을 적용할 수 있어 태양전지의 대량 생산을 가능하게 할 수 있다. As described above, the present invention includes a non-aqueous paste composition comprising a TiO 2 nanoparticle solution as a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell. Therefore, the non-aqueous paste composition of the present invention has no property of volatilizing the solvent and thus can be stored for a long time, and the screen printing method can be applied when manufacturing a semiconductor electrode, thereby enabling mass production of a solar cell.
또한, 본 발명은 TiO2 나노입자 용액을 합성한 후 이를 유기 페이스트 액과 혼합하여 비수용성 페이스트 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따르 면 염료감응 태양전지의 반도체 전극의 재료로 유용하게 이용될 수 있는 비수용성 페이스트 조성물을 효과적으로 제조할 수 있다. In addition, the present invention provides a method for preparing a water-insoluble paste composition by synthesizing a TiO 2 nanoparticle solution and then mixed with an organic paste solution. According to the present invention, it is possible to effectively prepare a non-aqueous paste composition which can be usefully used as a material of a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell.
또한, 본 발명은 상기 비수용성 페이스트 조성물을 사용하여 반도체 전극을 형성한 염료감응 태양전지를 제공함으로써 우수한 전기적 특성을 나타내며 이로 인해 광전변환 효율을 개선할 수 있다.In addition, the present invention exhibits excellent electrical properties by providing a dye-sensitized solar cell in which a semiconductor electrode is formed using the non-aqueous paste composition, thereby improving the photoelectric conversion efficiency.
또한, 본 발명은 상기 비수용성 페이스트 조성물을 스크린 프린트법을 이용하여 전도성 기판에 코팅하여 염료감응 태양전지의 반도체 전극을 제조하고, 상대 전극 및 상기 전극들 사이에 전해질 용액을 가하여 염료감응 태양전지를 제조 할 수 있다. 스크린 프린트법을 이용한 본 발명의 염료감응 태양전지의 제조 방법에 따르면 염료감응 태양전지의 대량 생산을 가능하게 하여 양산성을 증진시킬 수 있다. In addition, the present invention is to prepare a semiconductor electrode of the dye-sensitized solar cell by coating the non-aqueous paste composition on the conductive substrate using a screen printing method, and a dye-sensitized solar cell by adding an electrolyte solution between the counter electrode and the electrodes I can manufacture it. According to the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of the present invention using the screen printing method, it is possible to mass-produce the dye-sensitized solar cell, thereby improving mass productivity.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.
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