KR101321645B1 - 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따르는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법은 투명기판의 일면에 형성된 산화물반도체미립자를 포함하는 다공질층에 염료분자와, 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 공흡착제를 흡착시킨 광전극을 형성하는 S1단계와, 산화물반도체미립자로 이루어진 전도성산화물층을 구비한 기판의 상부로 금속 소재로 이루어진 상대전극을 형성하는 S2단계 및 상기 광전극과 상대전극을 이격되게 대향하고 전해질을 주입하여 밀봉시키는 염료감응 태양전지 모듈을 준비하는 S3단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 전해질에 대하여 내부식성을 가지며 또한, 효과적으로 이산화티탄 표면에 흡착하여 뒷전자전달반응(back electron transfer reaction)을 방지할 수 있고 염료의 뭉침을 개선할 수 있다.

Description

실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법{Dye solar cell with silane coupling co-adsorbent and method of manufacturing the same}
본 발명은 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 전해질에 대하여 내부식성을 가지며 또한, 효과적으로 이산화티탄 표면에 흡착하여 뒷전자전달반응(back electron transfer reaction)을 방지할 수 있고 염료의 뭉침을 개선할 수 있는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 광전효과에 의해 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 전기 발생 장치인데, 소재에 따라 실리콘 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 적층형 태양전지, 나노 태양전지 등이 있으며, 최근에 염료감응 태양전지가 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 제조 단가가 낮고, 셀의 투명 특성, 유연성(flexibility)이 우수한 전지의 제조가 가능하여 주목을 받고 있다.
이러한 염료감응 태양전지의 가장 기본적인 구조는, 반도체로서 이산화티탄을 주성분으로 하는 나노입자가 코팅된 광전극, 전해질, 백금 상대전극으로 나눌 수 있으며, 상기 광전극에 코팅된 이산화티탄 나노입자에 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되어 있다.
상기 이산화티탄과 같은 반도체가 코팅된 광전극을 염료용액에 담그면 염료의 카르복실기가 반도체와 화학적으로 결합하여, 염료는 반도체의 표면에 흡착되고 빛을 받아서 전자를 생산하게 된다. 반도체의 표면에 염료가 흡착될 때 염료는 반도체의 표면에 완벽하게 증착하지 못하고, 반도체 표면의 약 70% 정도만 흡착하고, 30% 정도는 전해질에 그대로 노출이 되는데, 이때 염료가 흡착되지 않은 반도체의 표면이 염료감응 태양전지의 전해질과 직접 닿게 되면 전자재결합이 일어나게 되어, 염료에서 발생된 전자는 반도체를 따라서 광전극으로 흘러가지 못하고 전해질로 흘러가서, 이러한 전자의 흐름은 태양전지의 구동에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 전해질에 대하여 내부식성을 가지며 또한, 효과적으로 이산화티탄 표면에 흡착하여 뒷전자전달반응(back electron transfer reaction)을 방지할 수 있고 염료의 뭉침을 개선할 수 있는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 전해질에 대하여 내부식성을 가지며 또한, 효과적으로 이산화티탄 표면에 흡착하여 뒷전자전달반응(back electron transfer reaction)을 방지할 수 있고 염료의 뭉침을 개선할 수 있는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 공흡착제는 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 공흡착제는 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan), 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene), 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide), (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) 및 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 공흡착제는 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 공흡착제는 염료분자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 염료분자는 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트(ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 염료분자는 포섭화합물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 포섭화합물은 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌 또는 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 두번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 투명기판의 일면에 형성된 산화물반도체미립자를 포함하는 다공질층에 염료분자와, 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 공흡착제를 흡착시킨 광전극을 형성하는 S1단계와, 산화물반도체미립자로 이루어진 전도성산화물층을 구비한 기판의 상부로 금속 소재로 이루어진 상대전극을 형성하는 S2단계 및 상기 광전극과 상대전극을 이격되게 대향하고 전해질을 주입하여 밀봉시키는 염료감응 태양전지 모듈을 준비하는 S3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 염료분자는 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트(ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 공흡착제는 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 공흡착제는 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan), 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene), 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide), (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) 및 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 S1단계에는 포섭화합물을 더 부가하는 S11단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 포섭화합물은 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌 또는 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명에 따르는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 의하면, 전해질에 대하여 내부식성을 가지며 또한, 효과적으로 이산화티탄 표면에 흡착하여 뒷전자전달반응(back electron transfer reaction)을 방지할 수 있고 염료의 뭉침을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 공흡착제 중 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)을 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이고,
도 2는 본 발명에 따르는 공흡착제 중 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan)를 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이며,
도 3은 본 발명에 따르는 공흡착제 중 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene)를 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이고,
도 4는 본 발명에 따르는 공흡착제 중 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene)를 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이며,
도 5는 본 발명에 따르는 공흡착제 중 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide)를 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이고,
도 6은 본 발명에 따르는 공흡착제 중 (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane)를 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이며,
도 7은 본 발명에 따르는 공흡착제 중 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)를 구비한 염료감응 태양전지의 광전극의 미세구조를 모식적으로 나타낸 그림이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 본 발명의 실시예에 따르는 고내열성 전극단자용 필름 및 이에 의한 전극단자 구조를 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 따르는 공흡착제를 구비한 염료감응형 태양전지는 공흡착제를 구비한 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 공흡착제는 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공흡착제는 염료감응 태양전지의 광전극상 나노크기(nano-scale) 이산화티탄(TiO2)과 결합할 수 있어 전해질에 녹아나올 가능성이 적고, 또한 효과적으로 이산화티탄 표면에 흡착하여 뒷전자전달반응(back electron transfer reaction)을 막는 역할을 한다.
이러한 공흡착제는 특히 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는데, 더 구체적으로는 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan), 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene), 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide), (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) 및 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
아울러, 상기 공흡착제의 다른 실시예로는 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)일 수 있다.
이러한 실란커플링 공흡착제는 광전극상 다공성 구조를 이루는 산화물 예컨대, 이산화티탄과 결합을 하여 공흡착제 역할을 수행하는데, 이는 첨부된 도 1 내지 7을 통하여 확인할 수 있다.
또한, 상기 공흡착제, 그리고 공흡착제와 같이 사용될 염료분자에 의하여 서로 또는 상호간 불필요한 결합이나 미흡착, 뭉침(clustering)를 방지하기 위한 포섭화합물을 사용할 수 있는데, 이의 바람직한 예로는 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌 또는 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있으며, 본 발명에 따르는 공흡착제를 구비한 염료감응형 태양전지의 제조공정상 열처리나 건조공정을 통하여 제거(evaporation)될 수 있다.
여기서, 사용되는 염료분자는 염료감응 태양전지에 사용될 수 있는 물질인 한 특별하게 한정할 것을 아니나, 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트(ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)일 수 있다.
한편, 본 발명에 따르는 공흡착제를 구비한 염료감응형 태양전지의 제조방법은 투명기판의 일면에 형성된 산화물반도체미립자를 포함하는 다공질층에 염료분자와, 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 공흡착제를 흡착시킨 광전극을 형성하는 S1단계와, 산화물반도체미립자로 이루어진 전도성산화물층을 구비한 기판의 상부로 금속 소재로 이루어진 상대전극을 형성하는 S2단계 및 상기 광전극과 상대전극을 이격되게 대향하고 전해질을 주입하여 밀봉시키는 염료감응 태양전지 모듈을 준비하는 S3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 S1단계는 투명기판의 일면에 형성된 산화물반도체미립자를 포함하는 다공질층에 염료분자와, 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 공흡착제를 흡착시킨 광전극을 형성하는 공정으로서, 상기 투명기판은 유리 기판(glass substrate)은 물론 고분자 기판(polymer substrate) 등과 같이, 투명성과 내열성이 확보되는 범위 내에서 폭넓게 채용될 수 있음은 물론이고, 상기 투명기판의 상부로 ITO, ZTO, FTO 와 같은 전도성미립자가 스퍼터, 증발과 같은 물리/화학적 증착방법으로 수㎚ 내지 수㎛ 두께로 증착되어 있는 구조로, 통상 전기 전도성이 확보된 투명전극으로 사용된다.
상기 투명기판의 증착된 전도성미립자 구조의 상부에 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5 또는 TiSrO3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 산화물반도체립자로 수 내지 수십㎛ 두께의 다공질층을 형성하게 된다. 이러한 다공질층은 광전반응을 효율적으로 하고 염료분자나 공흡착제와 결합하는 계면을 증가시키는 다공성 구조(porous layer)를 의미한다.
또한, 상기 염료분자는 태양광에 의하여 전자가 여기-기저 상태로 전이될 수 있는 물질인 한 특별하게 한정하여 사용할 것은 아니나, 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트(ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)일 수 있다.
아울러, 상기 공흡착제는 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)이거나 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan), 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene), 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide), (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) 및 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
한편, 본 발명에 따르는 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법에는 상기 S1단계에 상기 염료분자와 공흡착제에는 포섭화합물을 더 부가하는 S11단계를 더 포함할 수 있다.
상기 공흡착제는 염료분자, 공흡착제가 각각 또는 서로 다공질층에 흡착되는 것을 방해하거나 뭉치는 현상을 방지하기 위하여 사용하는 것으로 이어지는 건조나 열처리 공정을 통하여 제거될 수 있다.
이러한 포섭화합물에는 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌 또는 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 S2단계를 보면, 산화물반도체미립자로 이루어진 전도성산화물층을 구비한 기판의 상부로 금속 소재로 이루어진 상대전극을 형성하는 공정으로서, 상기 기판은 유리나 고분자 소재를 폭넓게 사용할 수 있으며, 상기 전도성산화물층은 ITO, ZTO, FTO 와 같은 산화물반도체미립자가 스퍼터, 증발과 같은 물리/화학적 증착방법으로 수㎚ 내지 수㎛ 두께로 증착되어 형성된 층을 말한다.
상기 상대전극은 광전극에 대향되어 전기적 폐회로를 구성하는 전극으로서 주로 금속 소재로 구성될 수 있다.
이러한 상대전극은 상기 기판의 전도성산화물층의 상부로 적층된 구조로, 전도성 물질인 한 특별하게 한정할 것은 아니고, 더욱이 절연성의 물질이라도 상기 광전극에 대향하는 면에 도전물질이 구비되는 층을 구비한 구조인 한 제한없이 사용할 수 있는데, 예를 들어, 백금, 금, 및 카본 등을 볼 수 있으며, 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되고, 백금흑 상태는 양극 산화법, 염화백금산 처리에 의해, 다공질 상태는 카본 미립자 소결이나 유기 고분자의 소성 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, S3단계를 보면, 상기 광전극과 상대전극을 이격되게 대향하고 전해질을 주입하여 밀봉시키는 염료감응 태양전지 모듈을 준비하는 공정을 말한다.
상기 광전극과 상대전극을 대향되게 배치하고, 그 내부에 전해질이 주입될 수 있는 공간을 확보한 상태로 그 주변 외곽부분을 접착성 고분자 수지로 고정하고 건조하여 밀봉하며, 밀봉된 상태로 광전극 또는 상대전극을 관통하는 미세 홀(hole)을 형성하고 이 홀을 통해 두 전극 사이의 공간에 전해질 용액을 주입한 다음, 다시 상기 홀을 접착제로 마감하여 본 발명에 따르는 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 제조할 수 있다.
이상에서 그리고 다음에 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하나 본 발명은 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
실시예 1
(1) 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명전도성 산화물층 상부에 이산화티탄을 포함하는 코팅용조성물 페이스트를 닥터블레이드법으로 도포하고, 500℃에서 30분 동안 열처리하여, 나노크기의 금속 산화물 간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 약 8 ㎛ 두께의 나노산화물층을 형성시켰다. 이어서, 상기 나노산화물층의 상부에 이산화티탄을 포함하는 코팅용조성물 페이스트를 동일한 방법으로 도포하고, 500℃의 온도에서 30분 동안 열처리하여 전체두께 약 15 ㎛ 두께의 나노산화물층을 형성시켰다. 이어서, 에탄올에 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.05mM의 4,4‘-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl(분자량: 478.73 g/mol)가 녹아있는 염료용액을 제조하여, 여기에 상기 나노산화물층이 형성된 유리 기판을 24시간 동안 담지하고 건조하여 음극계 전극인 광전극을 제조하였다.
(2) 불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명전도성 산화물층 상부에 육염화백금산(H2PtCl6)이 녹아있는 2-프로판올 용액을 떨어뜨린 후, 450℃에서 30분 동안 열처리하여 백금층을 형성시켜 양극계 전극인 상대전극을 제조하였다.
(3) 상기 광전극의 나노산화물층과 상대전극의 백금층이 서로 대향하도록 한 후, 그 외곽부위를 SURLYN(Du Pont사 제조)으로 이루어진 약 60㎛ 두께의 열가소성 고분자층을 형성한 후, 오븐(oven)에 투입하고 130℃의 2분 동안 유지하여 위 두 전극을 부착/밀봉하였다. 다음으로, 음극계 전극과 양극계 전극을 관통하는 미세 홀을 형성하고 이 홀을 통해 두 전극 사이의 공간에 3-Methoxypropionitrile 용매에 0.1M LiI, 0.05M I2, 0.5M 4-tert-butylpyridine과 이온성액체인 0.6M 1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium iodide을 녹여서 제조한 전해질 용액을 주입한 다음, 다시 홀의 외부를 접착제로 밀봉하였다.
실시예 2
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.05mM의 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan)이 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 3
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.05mM의 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene)이 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 4
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.05mM의 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene)이 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 5
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.03mM의 4,4‘-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl, 0.02mM의 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide)가 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 6
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.03mM의 4,4‘-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl, 0.02mM의 (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane)이 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 7
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트와 0.03mM의 4,4-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl, 0.02mM의 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)이 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예
염료용액 제조 시에, 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트가 녹아있는 염료용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
시험예
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전변환 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 방법으로 광전압 및 광전류를 측정하여 광전기적 특성을 관찰하고, 이를 통하여 얻어진 전류밀도(Isc), 전압(Voc), 및 충진계수(fillfactor, ff)를 이용하여 광전변환 효율(ηe)를 하기 수학식 1로 계산하였다.
이때, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양조건(AM 1.5)은 표준 태양전지를 사용하여 보정하였다.
<수학식 1>
광전변환효율(ηe) = (Voc × Isc × ff) / (Pine)
상기 수학식 1에서, (Pine)는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다.
상기와 같이 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 전류밀도(㎃/cm2) 전압(V) 충진계수 광전변환 효율(%)
실시예 1 17.351 0.803 0.710 9.913
실시예 2 17.253 0.803 0.708 9.809
실시예 3 17.345 0.801 0.711 9.878
실시예 4 17.432 0.797 0.699 9.711
실시예 5 17.125 0.807 0.708 9.784
실시예 6 17.253 0.806 0.705 9.804
실시예 7 17.501 0.793 0.698 9.687
비교예 17.507 0.773 0.688 9.334
상기 표 1을 참조하면,
본 발명에 따르는 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지가 종래 염료감응 태양전지의 비교예에 비하여 광전변환 효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. 공흡착제를 구비한 염료감응형 태양전지에 있어서,
    상기 공흡착제는 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공흡착제는 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan), 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene), 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide), (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) 및 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공흡착제는 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공흡착제는 염료분자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 염료분자는 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트(ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 염료분자는 포섭화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포섭화합물은 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌 또는 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지.
  8. 투명기판의 일면에 형성된 산화물반도체미립자를 포함하는 다공질층에 염료분자와, 트리에톡시시릴, 트리에톡시비닐 및 트리에톡시기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함하는 공흡착제를 흡착시킨 광전극을 형성하는 S1단계;
    산화물반도체미립자로 이루어진 전도성산화물층을 구비한 기판의 상부로 금속 소재로 이루어진 상대전극을 형성하는 S2단계; 및
    상기 광전극과 상대전극을 이격되게 대향하고 전해질을 주입하여 밀봉시키는 염료감응 태양전지 모듈을 준비하는 S3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 염료분자는 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트(ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 공흡착제는 4,4'-비스(트리에톡시시릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(triethoxysilyl)-1,1'-biphenyl)인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 공흡착제는 3-(트리에톡시시릴)퓨란(3-(Triethoxysilyl)furan), 1,4-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,4-Bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡시시릴)벤젠(1,3-Bis(triethoxysilyl)benzene), 비스[3-(트리에톡시시릴)프로필]테트라설파이드(Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide), (3-멀캅토프로필)트리에톡시실란((3-Mercaptopropyl)triethoxysilane) 및 트리에톡시-3-(2-이미다졸린-1-일)프로필실란(Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl)propylsilane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 S1단계에는 포섭화합물을 더 부가하는 S11단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 포섭화합물은 데옥시콜산, 데히드로데옥시콜산, 케노데옥시콜산, 콜산메틸에스테르, 콜산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 콜산, 크라운에테르, 사이클로덱스트린, 캘릭스아렌 또는 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 실란커플링 공흡착제를 구비한 염료감응 태양전지의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7414188B2 (en) 2002-01-25 2008-08-19 Konarka Technologies, Inc. Co-sensitizers for dye sensitized solar cells
EP1906417A2 (en) 2006-09-29 2008-04-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Dye-sensitized solar cell and method of manufacturing the same
KR20080040066A (ko) * 2006-11-02 2008-05-08 한국에너지기술연구원 가시광 흡수 광촉매 염료-산화물 및 그 제조방법

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