KR101406427B1 - Conductive polymer-carbon composite electrode for dye sensitized solar cell having catalytic activity and electrical conductivity and dye sensitized solar cell using the same and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 우수한 촉매활성도와 전기전도도를 갖는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극과 이를 이용한 염료 감응형 태양전지 및 이들의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료 감응형 태양전지의 촉매전극으로 활용될 수 있는 우수한 촉매활성도와 전기전도도를 갖는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극과 이를 이용한 염료 감응형 태양전지 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell having excellent catalytic activity and electrical conductivity, a dye-sensitized solar cell using the same, and more particularly, The present invention relates to a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell having excellent catalytic activity and electrical conductivity that can be utilized as an electrode, a dye-sensitized solar cell using the same, and a method of manufacturing the same.
최근 심각한 환경오염 문제가 화석 에너지 고갈로 인하여 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 이에 따라, 태양 에너지가 무한한 양, 반영구적인 수명과 무공해라는 장점들로 인해 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
Recently, serious environmental pollution problem is becoming more important for next generation clean energy development due to depletion of fossil energy. As a result, solar energy is expected to be an energy source that can solve future energy problems due to its infinite amount, semi-permanent life span and pollution-free advantages.
이러한 태양 에너지를 이용하기 위해, 태양전지의 개발 및 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이러한 태양전지는 세대별로 1세대 결정질 실리콘 태양전지, 2세대 박막형 태양전지, 3세대 차세대 태양전지로 구분할 수 있다. 그 중에서도 3세대 태양전지 중 하나인 염료 감응형 태양전지는 실리콘 원료의 가격 및 설치 장소의 한계로 문제가 되고 있는 실리콘 태양전지와는 달리 2세대 태양전지 중 하나인 비정질 실리콘 태양전지에 버금가는 높은 에너지 변환효율과 함께 실리콘 태양전지의 5분의 1 수준의 저렴한 제조단가로 인하여 많은 관심을 받고 있다. 또한, 염료 감응형 태양전지는 투명한 전도성 유리 기판의 사용을 기본으로 하고 있으며, 다양한 색을 가지는 염료 및 전해질을 사용할 수 있어 다양한 색의 모듈 제작이 가능하여 건물의 내/외장재 등으로 응용이 가능하다.
In order to utilize such solar energy, development and research of solar cells are actively being carried out. Such solar cells can be classified into first generation crystalline silicon solar cells, second generation thin film solar cells, and third generation next generation solar cells. Among them, the dye-sensitized solar cell, which is one of the third-generation solar cells, differs from the silicon solar cell, which is problematic due to the limitation of the cost of the silicon raw material and the installation site. In contrast to the amorphous silicon solar cell which is one of the second- In addition to its energy conversion efficiency, it has attracted a great deal of attention due to its low manufacturing cost, which is one fifth of that of silicon solar cells. In addition, the dye-sensitized solar cell is based on the use of a transparent conductive glass substrate, and can use dyes and electrolytes having various colors, thus making it possible to manufacture modules of various colors, and thus can be applied to interior / exterior materials of a building .
이와 같은 특징을 가지는 염료 감응형 태양전지는 투명 도전막이 형성된 전도성 기판, 상기 투명 도전막 상에 형성된 염료가 흡착된 산화물 반도체 전극(이하, '광전극'이라고도 함)과 이 대향에 위치하는 투명 도전막이 형성된 전도성 기판, 상기 투명 도전막 상에 형성된 촉매전극(이하, '상대전극'이라고도 함)을 포함하고, 상기 광전극과 상대전극 사이에는 산화환원쌍을 가지는 전해질이 구비되어 이루어진다.
The dye-sensitized solar cell having the above-described characteristics comprises a conductive substrate on which a transparent conductive film is formed, an oxide semiconductor electrode (hereinafter also referred to as a "photoelectrode") on which the dye formed on the transparent conductive film is adsorbed, (Hereinafter also referred to as a "counter electrode") formed on the transparent conductive film, and an electrolyte having an oxidation-reduction pair is provided between the photoelectrode and the counter electrode.
이러한 염료 감응형 태양전지에 빛을 조사하게 되면, 빛을 흡수한 염료는 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 생성하고, 상기 전자는 산화물 반도체의 전도대로 주입된다. 주입된 전자는 산화물 반도체를 지나 투명 도전막으로 전달되고, 광전극과 상대전극을 연결하고 있는 외부회로를 통해 이동하면서 전류를 발생시키게 된다. 염료에서 생성된 정공은 산화환원쌍을 가지는 전해질로부터 전자를 공급받아 다시 환원되며, 이러한 과정을 통해 염료 감응형 태양전지의 구동이 완성된다. 여기서 상대전극은 전해질에 있는 이온들의 산화환원 반응이 일어날 수 있도록 외부회로를 통해 이동해 온 전자를 전해질에 제공하는 역할을 한다.
When such a dye-sensitized solar cell is irradiated with light, the dye absorbing light generates an electron-hole pair, and the electrons are injected into the conduction band of the oxide semiconductor. The injected electrons are transferred to the transparent conductive film through the oxide semiconductor and generate electric current while moving through the external circuit connecting the photoelectrode and the counter electrode. The holes produced in the dye are reduced again by receiving electrons from the electrolyte having the redox pair, and the driving of the dye-sensitized solar cell is completed through this process. Here, the counter electrode serves to provide the electrons transferred through the external circuit to the electrolyte so that the redox reaction of the ions in the electrolyte can take place.
촉매전극은 일반적으로 전해질의 산화환원 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 외부회로를 통해 이동해온 전자를 빠른 속도로 전해질에 전달해야 한다. 이 때, 촉매전극은 전자가 원활하게 전달될 수 있도록 전해질과의 계면에서 낮은 전하전달저항을 가져야 하는데, 그러기 위해서는 높은 촉매활성도와 전기전도도, 그리고 넓은 표면적을 가져야 한다.
The catalytic electrode should transfer the electrons moved through the external circuit to the electrolyte at high speed so that the redox reaction of the electrolyte can be smoothly performed. At this time, the catalyst electrode must have a low charge transfer resistance at the interface with the electrolyte so that electrons can be smoothly transferred. Therefore, the catalyst electrode must have high catalytic activity, electric conductivity, and large surface area.
일반적으로 염료 감응형 태양전지에는 가장 우수한 특성을 나타내는 촉매전극으로 백금이 사용되어 왔다. 그러나, 백금의 경우 가격이 비싸고, 전해질 물질로서 주로 이용되는 요오드 계열 전해질에 장기간 노출될 경우, 산화되어 착화합물을 형성하는 낮은 장기 안정성을 나타낸다는 문제점이 있다. 또한, 스퍼터링과 같은 진공 증착법을 이용하여 백금 촉매전극을 제조할 경우에는 400℃에서의 고온 후열처리 공정이 수반된다는 단점이 있어 최근에는 이를 해결하기 위해 탄소재료를 촉매전극으로 응용하는 연구가 진행되고 있다.
In general, platinum has been used as a catalyst electrode exhibiting the most excellent properties in a dye-sensitized solar cell. However, platinum is expensive and has a problem of low long-term stability, which is oxidized to form a complex when prolonged exposure to an iodine-based electrolyte, which is mainly used as an electrolytic material, is problematic. In addition, when a platinum catalyst electrode is manufactured using a vacuum deposition method such as sputtering, there is a disadvantage that a heat treatment step is carried out after a high temperature at 400 ° C. In recent years, studies have been conducted to apply a carbon material as a catalyst electrode have.
탄소재료는 우수한 촉매활성도를 가지며, 가격이 저렴하고 요오드 계열 전해질에서 장기 안정성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 또한, 용액법 기반의 저온공정이 가능하여 다양한 종류의 유연성 기판을 이용한 롤-투-롤(roll-to-roll) 연속공정에 적합하다는 특징을 가지고 있다.
Carbon materials have excellent catalytic activity, low cost, and excellent long-term stability in iodine-based electrolytes. In addition, it can be used in a roll-to-roll continuous process using various types of flexible substrates since a solution process based low temperature process is possible.
일반적으로 탄소 단일전극은 바인더와 계면활성제가 포함된 탄소 페이스트를 이용하여 닥터 블레이드법(doctor blade method) 또는 스크린 프린팅법(screen printiing method)을 이용하여 제조된다. 그러나, 이와 같이 형성된 탄소 단일전극은 유기물 또는 무기물의 바인더가 전기전도도와 표면적을 감소시켜 촉매 특성이 저하된다는 단점을 가지며, 불순물 제거를 위해 진행되는 200℃ 내지 450℃에서의 고온 후열처리 공정이 수반되는 단점이 있는데, 이러한 고온 후열처리 공정은 유연성 기판을 이용한 롤-투-롤 연속공정에 적합하지 못하다는 문제점을 가진다. 또한, 탄소 단일재료의 경우 백금에 비해 상대적으로 낮은 촉매활성도를 가지므로 백금과 유사한 촉매 특성을 얻기 위해서는 전극의 표면적을 증가시켜 촉매활성점의 수를 증가시키는 것이 요구된다. 이를 위해, 탄소 단일전극은 15㎛를 초과하는 두꺼운 두께를 가지게 되는데, 이는 태양전지의 전체 내부저항을 증가시켜 셀 구동특성을 저하시키는 단점을 가지게 된다.
In general, a carbon single electrode is manufactured by using a doctor blade method or a screen printing method using a carbon paste containing a binder and a surfactant. However, the carbon single electrode thus formed has a disadvantage in that the binder of the organic or inorganic material decreases the electric conductivity and the surface area, thereby deteriorating the catalytic properties, and accompanied by a heat treatment at a high temperature of 200 to 450 DEG C for removing impurities However, such a post-high temperature heat treatment process has a problem in that it is not suitable for a continuous roll-to-roll process using a flexible substrate. In addition, since the carbon single material has a relatively low catalytic activity as compared with platinum, it is required to increase the number of catalytic active sites by increasing the surface area of the electrode in order to obtain catalytic properties similar to platinum. To this end, the carbon single electrode has a thick thickness exceeding 15 탆, which increases the total internal resistance of the solar cell, thereby deteriorating the cell driving property.
본 발명은 산화환원쌍을 갖는 전해질에 원활한 전자 제공을 할 수 있도록 우수한 촉매활성도와 전기전도도를 갖는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극과 이를 이용한 염료 감응형 태양전지 및 이들의 제조방법을 제공하고자 한다.
The present invention relates to a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell having excellent catalytic activity and electrical conductivity so as to provide a smooth electron to an electrolyte having a redox pair, a dye-sensitized solar cell using the same, .
본 발명의 일 실시형태는 기공을 가지는 탄소 재료 응집체와 전도성 고분자를 포함하고, 상기 전도성 고분자의 전부 또는 일부는 상기 탄소 재료 응집체의 기공 내에 위치하는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 제공한다.
An embodiment of the present invention provides a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell comprising a carbon material aggregate having pores and a conductive polymer, wherein all or a part of the conductive polymer is located in pores of the aggregate of carbon material do.
본 발명의 다른 실시형태는 제1용매에 전도성 고분자를 분산시켜 제1용액을 얻는 단계; 제2용매에 탄소 재료를 분산시켜 제2용액을 얻는 단계; 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산된 복합체 용액을 얻는 단계; 및 상기 복합체 용액을 100~150℃에서 열처리하여 복합체 전극을 얻는 단계를 포함하는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법을 제공한다.
Another embodiment of the present invention is a method for producing a semiconductor device, comprising: dispersing a conductive polymer in a first solvent to obtain a first solution; Dispersing a carbon material in a second solvent to obtain a second solution; Mixing the first solution and the second solution to obtain a composite solution in which the carbon material and the conductive polymer are dispersed; And thermally treating the complex solution at 100 to 150 ° C. to obtain a composite electrode. The present invention also provides a method for manufacturing a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell.
본 발명의 또 다른 실시형태는 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 염료가 흡착된 산화물 반도체 전극; 상기 산화물 반도체 전극에 대향하여 위치하는 제2기판; 상기 제2기판 상에 형성된 전도성 고분자-탄소 복합체 전극; 및 상기 산화물 반도체 전극과 전도성 고분자-탄소 복합체 전극 사이에 구비되는 전해질을 포함하며, 상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 탄소 재료와 전도성 고분자를 포함하고, 상기 탄소 재료는 기공을 갖는 다공성의 구조를 갖도록 응집된 형태를 가지며, 상기 전도성 고분자는 상기 기공 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지를 제공한다.
Another embodiment of the present invention is a liquid crystal display comprising: a first substrate; An oxide semiconductor electrode formed on the first substrate on which dye is adsorbed; A second substrate facing the oxide semiconductor electrode; A conductive polymer-carbon composite electrode formed on the second substrate; And an electrolyte disposed between the oxide semiconductor electrode and the conductive polymer-carbon composite electrode, wherein the conductive polymer-carbon composite electrode includes a carbon material and a conductive polymer, and the carbon material has a porous structure having pores And the conductive polymer is provided in the pores. The present invention also provides a dye-sensitized solar cell.
본 발명의 또 다른 실시형태는 제1기판을 준비하는 단계; 상기 제1기판 상에 산화물 반도체 전극을 형성하는 단계; 상기 산화물 반도체 전극에 염료를 흡착하는 단계; 제2기판을 준비하는 단계; 제1용매에 전도성 고분자를 분산시켜 제1용액을 얻는 단계; 제2용매에 탄소 재료를 분산시켜 제2용액을 얻는 단계; 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산된 복합체 용액을 얻는 단계; 상기 복합체 용액을 상기 제2기판에 도포하는 단계; 상기 복합체 용액을 100~150℃에서 열처리하여 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1기판과 제2기판을 대향하도록 위치시켜 결합시킨 뒤, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 전해질을 주입하는 단계를 포함하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
Yet another embodiment of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a first substrate; Forming an oxide semiconductor electrode on the first substrate; Adsorbing a dye on the oxide semiconductor electrode; Preparing a second substrate; Dispersing a conductive polymer in a first solvent to obtain a first solution; Dispersing a carbon material in a second solvent to obtain a second solution; Mixing the first solution and the second solution to obtain a composite solution in which the carbon material and the conductive polymer are dispersed; Applying the composite solution to the second substrate; Forming a conductive polymer-carbon composite electrode by heat-treating the composite solution at 100 to 150 ° C; And injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate after positioning the first substrate and the second substrate so as to oppose each other, and then injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
본 발명에 따르면, 기존의 탄소전극에 비해 매우 우수한 전기전도도 및 촉매활성도를 가져, 전극 내부의 전하이동저항 및 전해질/상대전극 계면에서의 전하전달저항을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 효율 증대를 기대할 수 있는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극과 이를 이용한 염료 감응형 태양전지 및 이들의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively reduce the charge transfer resistance inside the electrode and the charge transfer resistance at the interface between the electrolyte and the counter electrode, thereby achieving an increase in efficiency. A conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell using the same, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명의 고분자-탄소 복합체 전극은 촉매활동 뿐만 아니라 전하수집역할까지 수행할 수 있어 투명도전막이 형성되지 않은 기판에도 적용이 가능하고, 저렴한 가격으로 제조가능할 뿐만 아니라, 용액법 기판의 저온 공정이 가능하여 유연성 기판을 이용한 롤-투-롤 연속공정에도 적용이 가능하다.
In addition, since the polymer-carbon composite electrode of the present invention can perform not only the catalytic activity but also the role of charge collection, it can be applied to a substrate on which a transparent conductive film is not formed and can be manufactured at a low cost, So that it is applicable to a continuous roll-to-roll process using a flexible substrate.
도 1은 염료 감응형 태양전지의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 염료 감응형 태양전지의 촉매전극을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이며, (a)는 5P/CB, (b)는 9P/CB, (c)는 17P/CB, (d)는 20P/CB의 사진이다.
도 3은 촉매활동 특성 평가를 위한 symmetric cell의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4는 symmetric cell의 등가회로 모델을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 따라 제조된 염료 감응형 태양전지의 전기화학 임피던스 측정 결과를 나타내는 Nyquist plot이며, (a)는 PEDOT:PSS의 조성비 변화에 따른 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극의 촉매활동 특성 결과이고, (b)는 (a)의 고주파수 영역을 확대한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 따라 제조된 염료 감응형 태양전지의 전기화학 임피던스 측정 결과를 나타내는 Nyquist plot이며, (a)는 두께 변화에 따른 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극의 촉매활동 특성 결과이고, (b)는 (a)의 고주파수 영역을 확대한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예 따라 제조된 염료 감응형 태양전지의 전류밀도-전압 그래프이다.1 is a schematic view showing an example of a dye-sensitized solar cell.
FIG. 2 is a photograph of a catalyst electrode of a dye-sensitized solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention by scanning electron microscopy (SEM), wherein (a) is 5P / CB, (b) c) is 17P / CB, and (d) is 20P / CB.
3 is a schematic view showing the structure of a symmetric cell for evaluating the catalytic activity characteristics.
4 is a schematic diagram showing an equivalent circuit model of a symmetric cell.
5 is a Nyquist plot showing the results of electrochemical impedance measurement of a dye-sensitized solar cell fabricated according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) is a graph showing the Nyquist plot of PEDOT: PSS / carbon black composite electrode (B) is the result of enlarging the high-frequency region of (a).
6 is a Nyquist plot showing the results of electrochemical impedance measurement of a dye-sensitized solar cell fabricated according to an embodiment of the present invention, wherein (a) shows the catalytic activity characteristics of a PEDOT: PSS / (B) is a result of enlarging the high-frequency region of (a).
7 is a graph of current density-voltage of a dye-sensitized solar cell fabricated according to an embodiment of the present invention.
도 1은 염료 감응형 태양전지의 일례를 나타내는 개략도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 설명한다. 다만, 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지는 않는다.
1 is a schematic view showing an example of a dye-sensitized solar cell. Hereinafter, the present invention will be described with reference to Fig. FIG. 1 is an illustration for illustrating the present invention, but does not limit the scope of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 염료 감응형 태양전지는 염료(4)가 흡착된 산화물 반도체 전극(3)을 구비하는 투명도전막(2)이 형성된 제1기판(1)과 이 제1기판에 대향하여 위치하는 촉매전극(5)이 형성된 제2기판(6)이 결합되고, 상기 제1기판과 제2기판의 사이에는 산화환원쌍을 갖는 전해질(7)과 이 전해질(7)을 봉합하기 위한 봉합재(8)가 구비되어 이루어진다.
1, a dye-sensitized solar cell generally includes a
통상적으로 상기 전해질로는 아이오다이드(3I-)/트라이-아이오다이드(I3 -) 산화환원쌍이 사용된다. 이 전해질에는 촉매전극(5)으로부터 전자가 이동해오고, 이 전자에 의해 트라이-아이오다이드(I3 -) 이온의 환원반응이 일어나게 되고, 상기 반응을 통해 생성된 아이오다이드(3I-) 이온은 염료(4)에게 다시 전자를 제공하게 된다. 즉, 상기 촉매전극 전해질로의 전자 이동이 원활하게 이루어져야 하기 때문에, 상기 촉매전극은 전해질과의 계면에서 낮은 전하전달저항을 가질 것이 요구되며, 이를 위해, 높은 촉매활성도, 넓은 표면적, 우수한 전기 전도도 뿐만 아니라 전해질에서의 우수한 장기 안정성을 가져야 한다.
As the electrolyte, an iodide (3I - ) / tri-iodide (I 3 - ) redox pair is usually used. In this electrolyte, electrons are moved from the
이를 위해, 본 발명은 상기 태양전지의 구성 요소 중 촉매전극에 바람직하게 적용가능한 일 실시형태로서 기공을 가지는 탄소 재료 응집체와 전도성 고분자를 포함하고, 상기 전도성 고분자의 전부 또는 일부는 상기 탄소 재료 응집체의 기공 내에 위치하는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 제공한다.
For this purpose, the present invention comprises a carbon material aggregate having pores and a conductive polymer, which is preferably applicable to a catalyst electrode among the constituent elements of the solar cell, wherein all or a part of the conductive polymer is aggregated A conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell is provided in a pore.
일반적으로 탄소재료는 우수한 촉매활성도를 가지며, 가격이 저렴하고 요오드 계열 전해질에서 장기 안정성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 또한, 용액법 기반의 저온공정이 가능하여 다양한 종류의 유연성 기판을 이용한 롤-투-롤(roll-to-roll) 연속공정에 적합하다는 특징을 가지고 있다. 그러나, 이러한 탄소재료만을 이용하여 탄소 단일전극으로 사용하는 경우에는 촉매 특성이 저하된다는 단점을 가지며, 고온 후열처리 공정에 의해 롤-투-롤 연속공정에 적용하기 곤란하다는 문제점을 가진다. 또한, 백금에 비해 상대적으로 낮은 촉매활성도를 가지므로 이를 개선하기 위해서는 두꺼운 두께를 가져야 하나, 이는 태양전지의 전체 내부저항을 증가시켜 셀 구동특성을 저하시키는 단점을 가지게 된다.
In general, carbon materials have an advantage of having excellent catalytic activity, low cost, and long-term stability in iodine-based electrolytes. In addition, it can be used in a roll-to-roll continuous process using various types of flexible substrates since a solution process based low temperature process is possible. However, when such a carbon material is used alone as a carbon single electrode, the catalyst characteristics are deteriorated and it is difficult to apply it to a continuous roll-to-roll process by a post-high temperature heat treatment process. In addition, since it has relatively low catalytic activity as compared with platinum, it has to have a thick thickness in order to improve it, but it has disadvantages of decreasing the cell driving property by increasing the total internal resistance of the solar cell.
그러나, 본 발명이 제공하는 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 전도성 고분자의 높은 전기 전도성(0.1~10S/cm)에 의해 탄소 입자간의 전자 이동 경로가 제공되어 우수한 전기 전도성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 탄소 입자 간의 결합력 증대 효과를 통해 탄소 입자가 떨어져 나가는 것을 억제하여 우수한 장기 내구성을 확보한다. 또한 아이오다이드(3I-)와 트라이-아이오다이드(I3 -)에 대해 전기화학적으로 안정하여 요오드 기반의 전해질에서 우수한 장기 안정성을 가질 수 있으며, 필름 제작 공정이 간단하여, 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 또한, 전도성 고분자 역시 촉매활성도를 가지고 있기 때문에 추가적인 촉매활성점을 제공하여 전해질/촉매전극 계면에서의 접촉면적을 증가시켜 전하전달저항을 낮추고 아이오다이드(3I-)와 트라이-아이오다이드(I3 -)의 산화환원 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
However, the conductive polymer-carbon composite electrode provided by the present invention can provide an electron transfer path between the carbon particles due to the high electrical conductivity (0.1 SIMILAR 10 S / cm) of the conductive polymer, thereby securing excellent electrical conductivity, It ensures the long-term durability by suppressing the separation of carbon particles through the effect of increasing the bonding force between particles. In addition, electrochemical stability of iodide (3I - ) and tri-iodide (I 3 - ) can be obtained, and it is possible to have excellent long-term stability in iodine-based electrolyte, There are advantages. In addition, since the conductive polymer also has catalytic activity, it provides additional catalytic activity points to increase the contact area at the electrolyte / catalyst electrode interface, thereby lowering the charge transfer resistance, and the ionization (3I - ) and triiodide 3 - ) can be improved.
본 발명에서는 상기 탄소 재료 응집체를 구성하는 탄소 재료나 전도성 고분자의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 바람직한 효과를 위해 탄소 재료로서 흑연, 그래핀, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 및 카본블랙으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용하고, 상기 전도성 고분자로서 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS) 및 폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용하는 것이 유리하다.
In the present invention, the kind of the carbon material and the conductive polymer constituting the aggregate of the carbon material is not particularly limited. However, in order to obtain the desired effect, the carbon material may be selected from the group consisting of graphite, graphene, carbon nanofiber, carbon nanotube and carbon black Poly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS) and poly (styrenesulfone) as the conductive polymer and at least one selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), which is used in the present invention.
한편, 상기 탄소 재료 응집체를 구성하는 각 탄소 재료의 평균크기는 20~90nm의 범위인 것이 바람직한데, 상기 탄소 재료가 20nm미만일 경우에는 1차 응집체 형성이 어려워 전도도가 급격히 감소하는 단점이 있을 수 있으며, 90nm를 초과하는 경우에는 입자의 크기가 증가함에 따라 동일 부피당 표면적이 감소하여 촉매 특성이 나빠질 뿐만 아니라, 탄소 입자간의 연결성이 저하되어 전기 전도성이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 이와 같이 상기 탄소 재료의 평균크기가 90nm를 초과하는 경우에는 20nm의 평균 크기를 가지는 경우에 비하여 전기 전도성이 50%이상 감소하고, 표면적은 70%이상 감소하게 되어, 태양전기 구동에 필요한 충분한 전도성과 촉매활성도를 확보하기 곤란하다. 따라서, 상기 탄소 재료는 20~90nm의 평균크기를 갖는 것이 바람직하다.
On the other hand, it is preferable that the average size of each carbon material constituting the aggregate of the carbon material is in the range of 20 to 90 nm. When the carbon material is less than 20 nm, it is difficult to form the primary aggregate, , And when it is more than 90 nm, the surface area per unit volume decreases as the particle size increases, and the catalyst properties deteriorate, and the connectivity between the carbon particles decreases and the electrical conductivity decreases. In addition, when the average size of the carbon material exceeds 90 nm, the electrical conductivity is reduced by 50% or more and the surface area is reduced by 70% or more as compared with the case of having an average size of 20 nm, It is difficult to ensure conductivity and catalytic activity. Therefore, it is preferable that the carbon material has an average size of 20 to 90 nm.
또한, 본 발명의 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 전도성 고분자를 1~19중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자의 함량이 1중량%일 경우에는 전도성 고분자의 비율이 낮아 탄소 촉매 전극의 전도성이 저하되는 단점이 있을 수 있으며, 19중량%를 초과할 경우에는 과잉의 전도성 고분자가 탄소 재료 응집체의 기공들을 막아 복합체 전극의 표면적을 감소시켜 오히려 촉매특성을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 전도성 고분자의 함량은 1~19중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자의 함량은 5~19중량%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하고, 9~19%의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
Also, the conductive polymer-carbon composite electrode of the present invention preferably contains the conductive polymer in an amount of 1 to 19% by weight. If the content of the conductive polymer is 1% by weight, the proportion of the conductive polymer may be low and the conductivity of the carbon catalyst electrode may be deteriorated. If the content of the conductive polymer exceeds 19% by weight, Thereby reducing the surface area of the composite electrode, thereby deteriorating the catalyst characteristics. Therefore, the content of the conductive polymer is preferably in the range of 1 to 19% by weight. The content of the conductive polymer is more preferably in the range of 5 to 19% by weight, and still more preferably in the range of 9 to 19%.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 기존의 탄소 단일전극에 비해 매우 우수한 전기전도도 및 촉매활성도를 가져, 전극 내부의 전하이동저항 및 전해질/상대전극 계면에서의 전하전달저항을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 효율 증대를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명이 제공하는 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 기존에 사용되는 백금 촉매전극에 비하여 상당히 저렴하면서도 유사한 효율을 가지는 장점이 있다.
The conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell of the present invention, which is provided as described above, has excellent electric conductivity and catalytic activity as compared with a conventional carbon single electrode, and has a charge transfer resistance inside the electrode and an electrolyte / It is possible to effectively reduce the charge transfer resistance in the light emitting device, thereby increasing the efficiency. In addition, the conductive polymer-carbon composite electrode provided by the present invention is advantageous in that it is considerably inexpensive and has a similar efficiency as compared with the conventional platinum catalyst electrode.
이하, 본 발명의 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
Hereinafter, one embodiment of the method for producing the conductive polymer-carbon composite electrode of the present invention will be described.
우선, 전도성 고분자와 탄소 재료를 준비한 뒤, 각각 상기 전도성 고분자를 제1용매에 분산시켜 제1용액을 얻고, 상기 탄소 재료를 제2용매에 분산시켜 제2용액을 얻는다. 이 때, 상기 제1용매로는 아이소프로판올, 에틸린클리콜 등을 이용할 수 있으며, 전도성 고분자가 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS)과 같이 물에 녹을 수 있는 구조를 가지는 경우에는 물을 이용할 수도 있다. 상기 제2용매로는 탄소 재료의 분산을 향상시키기 위하여, 이소프로판올, 메탄올 및 에탄올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 알코올을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1용액과 제2용액의 제조는 초음파법 또는 자기 교반법에 의해 이루어질 수 있다.
First, after a conductive polymer and a carbon material are prepared, the conductive polymer is dispersed in a first solvent to obtain a first solution, and the carbon material is dispersed in a second solvent to obtain a second solution. As the first solvent, it is possible to use isopropanol, ethylenecycloal and the like, and the conductive polymer may be water (e.g., poly (3,4-ethylenedioxythiophene) Water may be used if it has a structure capable of dissolving in water. As the second solvent, it is preferable to use at least one alcohol selected from the group consisting of isopropanol, methanol and ethanol to improve the dispersion of the carbon material. The first solution and the second solution may be prepared by an ultrasonic method or a magnetic stirring method.
상기와 같이 얻어지는 제1용액과 제2용액을 혼합하여 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산된 복합체 용액을 얻는다. 상기 복합체 용액의 제조 또한 초음파법 또는 자기 교반법에 의해 이루어질 수 있다.
The first solution and the second solution obtained as described above are mixed to obtain a composite solution in which the carbon material and the conductive polymer are dispersed. The preparation of the complex solution may also be performed by ultrasonic or magnetic stirring.
이후, 상기 복합체 용액을 100~150℃에서 열처리함으로써 복합체 전극을 제조할 수 있다. 상기 열처리를 통해 용매를 증발시킬 수 있고, 상기 복합체 전극의 배열을 보다 치밀하게 할 수 있다. 또한, 상기와 같이 저온의 열처리를 통해 롤-투-롤 연속공정에 무리없이 적용 가능하다. 다만, 상기 열처리 온도가 100℃미만인 경우에는 용매나 물이 잘 증발하지 않아 필름의 특성이 떨어지는 단점이 있을 수 있으며, 150℃를 초과하는 경우에는 산소나 물 등이 전도성 고분자와 결합하여 비가역적인 구조 변화가 일어나 전도성이 감소하는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, 상기 열처리 온도는 100~150℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Thereafter, the complex solution is heat-treated at 100 to 150 ° C to produce a composite electrode. The solvent can be evaporated through the heat treatment, and the arrangement of the composite electrodes can be made more compact. Also, it can be applied without difficulty to the continuous process of roll-to-roll through the heat treatment at a low temperature as described above. However, when the temperature is lower than 100 ° C, the solvent or water may not evaporate well, resulting in poor film characteristics. When the temperature is higher than 150 ° C, oxygen or water may be combined with the conductive polymer to form irreversible There may be a problem that conductivity changes due to a change. Therefore, the heat treatment temperature is preferably in the range of 100 to 150 ° C.
한편, 상기 열처리 후에는 전기 전도도 향상을 위하여, 상기 복합체 전극을 산(acid)처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 전도성 고분자가 PEDOT:PSS인 경우, 상기 산처리를 통해 positive charge의 PEDOT와 negative charge의 PSS가 이온 결합되어 있는 PEDOT:PSS에서 negative charge를 띄고 있는 음이온이 상기 PSS를 대체함으로써 전기 전도도를 향상시키게 된다. 상기 산처리는 상기 효과를 얻을 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들면 염산과 메탄올을 혼합한 용액을 이용할 수 있다.
After the heat treatment, the composite electrode may be further treated with an acid to improve electrical conductivity. For example, when the conductive polymer is PEDOT: PSS, an anion having a negative charge in PEDOT: PSS in which a positive charge PEDOT and a negative charge PSS are ionically bonded through the acid treatment replaces the PSS, . The acid treatment is not particularly limited as long as it is a substance capable of achieving the above effect. For example, a solution in which hydrochloric acid and methanol are mixed can be used.
상기 산처리 후에는 상기 복합체 전극을 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 열처리를 통해 산처리 용액을 단시간에 증발시키고 효율 향상을 기대할 수 있다. 상기 열처리는 100~150℃의 범위에서 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 열처리 온도가 100℃미만인 경우에는 산처리 용액의 증발 시간이 과도하게 길어져 생산성이 저하될 수 있으며, 150℃를 초과하는 경우에는 전도성 고분자의 구조가 변화하여 일어나 전도성이 감소하는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, 상기 열처리 온도는 100~150℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
And the heat treatment of the composite electrode after the acid treatment. Through the heat treatment, the acid treatment solution can be evaporated in a short time and the efficiency can be improved. If the heat treatment temperature is lower than 100 ° C, the evaporation time of the acid treatment solution may become excessively long and the productivity may be deteriorated. When the heat treatment temperature exceeds 150 ° C, the conductive polymer So that the conductivity may be reduced. Therefore, the heat treatment temperature is preferably in the range of 100 to 150 ° C.
이하, 본 발명의 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 이용한 염료 감응형 태양전지의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
Hereinafter, an embodiment of a dye-sensitized solar cell using the conductive polymer-carbon composite electrode of the present invention will be described.
본 발명은 일 실시형태로서, 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 염료가 흡착된 산화물 반도체 전극; 상기 산화물 반도체 전극에 대향하여 위치하는 제2기판; 상기 제2기판 상에 형성된 전도성 고분자-탄소 복합체 전극; 및 상기 산화물 반도체 전극과 전도성 고분자-탄소 복합체 전극 사이에 구비되는 전해질을 포함하며, 상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 탄소 재료와 전도성 고분자를 포함하고, 상기 탄소 재료는 기공을 갖는 다공성의 구조를 갖도록 응집된 형태를 가지며, 상기 전도성 고분자는 상기 기공 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지를 제공한다.
According to one embodiment of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a first substrate; An oxide semiconductor electrode formed on the first substrate on which dye is adsorbed; A second substrate facing the oxide semiconductor electrode; A conductive polymer-carbon composite electrode formed on the second substrate; And an electrolyte disposed between the oxide semiconductor electrode and the conductive polymer-carbon composite electrode, wherein the conductive polymer-carbon composite electrode includes a carbon material and a conductive polymer, and the carbon material has a porous structure having pores And the conductive polymer is provided in the pores. The present invention also provides a dye-sensitized solar cell.
이 때, 상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 1~15㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 두께가 1㎛미만일 경우에는 충분한 표면적을 확보할 수 없어 촉매 전극의 바람직한 효과를 얻기 곤란할 수 있으며, 15㎛를 초과할 경우에는 탄소 전극 자체의 저항이 증가하여 태양전지의 전체 내부저항을 증가시켜 셀 구동특성을 저하시키는 문제점을 가질 수 있다. 따라서, 상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 1~15㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
At this time, the conductive polymer-carbon composite electrode preferably has a thickness of 1 to 15 탆. If the thickness of the conductive polymer-carbon composite electrode is less than 1 탆, a sufficient surface area can not be secured and it may be difficult to obtain the desired effect of the catalyst electrode. If the thickness exceeds 15 탆, Thereby increasing the overall internal resistance of the cell. Therefore, it is preferable that the conductive polymer-carbon composite electrode has a thickness of 1 to 15 탆.
한편, 상기 제1기판 또는 제2기판으로는 유리 기판, 고분자 필름 기판 및 금속 기판 중 하나를 이용할 수 있다. 다만, 제1기판과 제2기판 모두 금속 기판을 이용하는 경우에는 태양전지 내부로 빛이 투과할 수 없으므로, 제1기판 또는 제2기판 중 빛이 입사되지 않는 측의 기판에만 금속 기판을 적용하는 것이 가능하다. 즉, 어느 한 측의 기판이 금속 기판인 경우에는 다른 한 측의 기판은 금속 기판을 사용하지 않아야 한다. 또한, 상기 제1기판 및 제2기판이 롤-투-롤 연속공정에 적용되기 위해서는 유연성을 갖는 고분자 필름 기판이나 금속 기판인 것이 바람직하다.
Meanwhile, one of a glass substrate, a polymer film substrate, and a metal substrate may be used as the first substrate or the second substrate. However, in the case where a metal substrate is used for both the first substrate and the second substrate, since light can not penetrate into the solar cell, it is possible to apply a metal substrate only to the substrate on the side where no light is incident on the first substrate or the second substrate It is possible. That is, when the substrate on one side is a metal substrate, the substrate on the other side should not use a metal substrate. In addition, in order to apply the first substrate and the second substrate to the roll-to-roll continuous process, a flexible polymer film substrate or a metal substrate is preferable.
또한, 상기 제1기판과 상기 산화물 반도체 전극 사이에는 투명도전막이 형성되어 있을 것이 요구된다. 이는 제1기판이 전도성을 갖지 못할 경우 산화물 반도체층으로부터 전달되는 전자가 제2기판에 형성된 촉매전극으로 이동하는 것이 곤란하기 때문이다. 따라서, 기판으로 사용될 수 있는 유리 기판, 고분자 필름 기판 또는 금속 기판 상에는 투명 도전막이 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 금속 기판의 경우에는 전도성을 가지기 때문에 투명도전막이 없더라도 사용이 가능하다.
It is also required that a transparent conductive film be formed between the first substrate and the oxide semiconductor electrode. This is because it is difficult for electrons transferred from the oxide semiconductor layer to move to the catalyst electrode formed on the second substrate if the first substrate does not have conductivity. Therefore, it is preferable that a transparent conductive film is formed on a glass substrate, a polymer film substrate, or a metal substrate that can be used as a substrate. However, in the case of a metal substrate, since it has conductivity, it can be used without a transparent conductive film.
상기 투명도전막으로는 당해 기술분야에서 널리 이용되는 모든 것을 이용할 수 있으며, 예를 들면 ZnO, AZO, IZO, GZO, FTO 및 ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종을 이용할 수 있다. FTO와 ITO의 경우에는 도전성, 투명성 및 내열성이 우수하고, ZnO와 AZO의 경우에는 가격적인 측면에서 유리하다는 장점이 있다.
As the transparent conductive film, any one widely used in the related art can be used. For example, one kind selected from the group consisting of ZnO, AZO, IZO, GZO, FTO and ITO can be used. FTO and ITO have excellent conductivity, transparency and heat resistance, and ZnO and AZO are advantageous in terms of cost.
한편, 상기 제2기판 또한 전도성 고분자-탄소 복합체 전극 사이에 상기와 같은 투명도전막이 형성될 수 있다. 그러나, 상기 제2기판 상에는 본 발명이 제공하는 복합체 전극이 형성되고, 이 복합체 전극은 촉매활동 뿐만 아니라 전하수집역할까지 수행할 수 있어 투명도전막이 형성되지 않은 기판에도 적용이 가능하다.
On the other hand, the transparent conductive film as described above may be formed between the second substrate and the conductive polymer-carbon composite electrode. However, the composite electrode provided by the present invention is formed on the second substrate, and the composite electrode can perform not only the catalytic activity but also the charge collection, so that the composite electrode can be applied to the substrate on which the transparent conductive film is not formed.
상기 산화물 반도체 전극 또한 당해 기술분야에서 널리 이용되는 모든 것을 이용할 수 있으며, 예를 들면 TiO2, SnO2 및 ZnO 중 하나를 이용할 수 있다. 상기 산화물 반도체 전극은 3~20㎛의 두께를 가지는 것이 바람직한데, 3㎛미만인 경우에는 산화물 반도체가 태야전지의 구동에 필요한 충분한 양의 염료를 흡착할 수 없어 태양전지의 효율이 감소하는 단점이 있으며, 20㎛를 초과하는 경우에는 염료를 과잉 흡착하여 염료의 양은 증가하지만 태양전지의 효율은 거의 증가하지 않아 비용의 상승을 초래하게 된다. 따라서, 상기 산화물 반도체 전극의 두께는 3~20㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The oxide semiconductor electrode may be any of those widely used in the art, for example, one of TiO 2 , SnO 2 and ZnO. The oxide semiconductor electrode preferably has a thickness of 3 to 20 占 퐉. When the oxide semiconductor electrode is less than 3 占 퐉, the oxide semiconductor can not absorb a sufficient amount of dye necessary for driving the battery, If it is more than 20 탆, the dye is excessively adsorbed to increase the amount of dye, but the efficiency of the solar cell hardly increases, resulting in an increase in cost. Therefore, the thickness of the oxide semiconductor electrode is preferably in the range of 3 to 20 占 퐉.
상기 염료 또한 당해 기술분야에서 널리 이용되는 모든 것을 이용할 수 있으며, 예를 들면 루테늄계 염료 또는 유기 염료를 이용할 수 있다.
The dyes may also be all those widely used in the art, for example, ruthenium-based dyes or organic dyes.
이하, 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 제조방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
Hereinafter, one embodiment of a method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention will be described.
우선, 광전극 제조를 위하여, 제1기판을 준비한다. 이 때, 상기 제1기판 상에 투명도전막을 형성하는 것이 바람직하다. 이후, 상기 제1기판 상에 산화물 반도체 전극을 형성한다. 상기 산화물 반도체 전극의 형성은 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 방법을 이용하여 상기 제1기판 상에 산화물 반도체를 코팅한 뒤, 100~550℃에서 열처리하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 100℃미만인 경우에는 산화물 반도체 형성시 사용되는 유기 바인더를 효과적으로 제거하기 곤란하며, 550℃를 초과하는 경우에는 산화물 반도체의 상이 변하게 됨에 따라 에너지 구조가 변화하여 염료에서 발생한 전자가 산화물 반도체로 이동하는 저항이 증가할 가능성이 있다. 또한, 상기 산화물 반도체의 상 변화나 입자의 결정립 사이즈의 급격한 증가로 인하여 염료 흡착이 용이하게 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 상기 열처리 온도는 100~550℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이후, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 방법을 이용하여 상기 산화물 반도체 전극에 염료를 흡착한다.
First, a first substrate is prepared for manufacturing a photo electrode. At this time, it is preferable to form a transparent conductive film on the first substrate. Thereafter, an oxide semiconductor electrode is formed on the first substrate. The oxide semiconductor electrode may be formed by coating an oxide semiconductor on the first substrate using a method commonly used in the art, followed by heat treatment at 100 to 550 ° C. When the temperature of the heat treatment is less than 100 ° C, it is difficult to effectively remove the organic binder used in the formation of the oxide semiconductor. When the temperature exceeds 550 ° C, the energy structure changes as the phase of the oxide semiconductor changes, There is a possibility that the resistance to move to < RTI ID = 0.0 > In addition, due to the phase change of the oxide semiconductor and the drastic increase of grain size of the grains, dye adsorption may not be easily performed. Therefore, the heat treatment temperature is preferably in the range of 100 to 550 ° C. Thereafter, the dye is adsorbed on the oxide semiconductor electrode by a method commonly used in the art.
상기 광전극 제조와는 별도로, 상대전극을 제조하기 위하여, 우선 제2기판을 준비한다. 상기 제2기판 준비시, 상기 제2기판 상에 투명도전막을 형성할 수도 있다. 또한, 미리 준비된 제1용매에 전도성 고분자를 분산시켜 제1용액을 얻고, 제2용매에 탄소 재료를 분산시켜 제2용액을 얻은 다음, 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산되도록 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 복합체 용액을 얻는다. 이후, 상기 복합체 용액을 상기 준비된 제2기판 상에 도포한다. 이 때, 도포방법으로는 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 모든 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 스프레이 코팅, 드롭 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 브러쉬 코팅 및 딥 코팅 중 하나를 이용할 수 있다. 이후, 상기 복합체 용액이 코팅된 제2기판을 100~150℃에서 열처리하여 상기 제2기판 상에 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 형성하는 것이 바람직하다. In order to manufacture the counter electrode separately from the photoelectrode fabrication, a second substrate is first prepared. At the time of preparing the second substrate, a transparent conductive film may be formed on the second substrate. The first solution is obtained by dispersing a conductive polymer in a first solvent prepared in advance, a carbon material is dispersed in a second solvent to obtain a second solution, and then the carbon material and the conductive polymer are dispersed, The second solution is mixed to obtain a composite solution. Thereafter, the composite solution is applied onto the second substrate prepared above. At this time, any method commonly used in the related art can be used as a coating method, and for example, one of spray coating, drop coating, spin coating, inkjet printing, brush coating and dip coating can be used. Thereafter, the second substrate coated with the complex solution is heat-treated at 100 to 150 ° C to form a conductive polymer-carbon composite electrode on the second substrate.
이후, 상기와 같이 얻어지는 상기 제1기판과 제2기판을 서로 대향하도록 위치시킨 뒤 결합하고, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 전해질을 주입함으로써 염료 감응형 태양전지를 제조할 수 있다.
Then, the dye-sensitized solar cell can be manufactured by positioning the first substrate and the second substrate so as to face each other, and then injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention in more detail and do not limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
광전극 제조Photo electrode manufacturing
직경이 약 20nm인 TiO2 나노입자와 유기물 바인더가 포함되어 있는 TiO2 페이스트를 FTO 투명도전막이 코팅된 유리 기판 상에 스크린 프린팅법을 이용하여 도포한 뒤, 120℃에서의 소결과정을 거쳐 TiO2 산화물 반도체 박막을 형성하였다. 이 과정을 세 번 반복한 뒤, 500℃에서의 소결 과정을 통해 약 12㎛의 두께를 갖는 TiO2 산화물 반도체 박막이 형성된 기판을 제조하였다. 이렇게 제조된 TiO2 산화물 반도체 박막이 형성된 기판을 루테늄 염료(di-tetrabutylammonium cis-bis(isothiocyanato) bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)ruthenium(II):N719)가 용해된 용액에 24시간 동안 담궈 상기 TiO2 산화물 반도체 박막에 염료를 흡착시켜 광전극 제조를 완성하였다.
A TiO 2 paste containing TiO 2 nanoparticles having a diameter of about 20 nm and an organic binder was coated on a glass substrate coated with an FTO transparent conductive film by screen printing and then sintered at 120 ° C. to form a TiO 2 Thereby forming an oxide semiconductor thin film. This process was repeated three times, and a substrate having a TiO 2 oxide semiconductor thin film having a thickness of about 12 μm was formed through sintering at 500 ° C. The substrate on which the TiO 2 oxide semiconductor thin film was formed was immersed in a solution of ruthenium dye (di-tetrabutylammonium cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato) ruthenium And the dye was adsorbed on the TiO 2 oxide semiconductor thin film to complete the manufacture of the photoelectrode.
상대전극 제조Relative electrode manufacturing
먼저, PEDOT:PSS 전도성 고분자 1중량%를 물에 분산시켜 제1용액을 얻고, 약 20nm의 직경을 갖는 카본블랙을 에탄올에 분산시켜 제2용액을 얻었다. 상기 제1용액과 제2용액의 양을 제어하여 혼합하고, 초음파를 이용하여 약 1시간 동안 카본블랙을 분산시켜 각각 5중량%, 9중량%, 13중량%, 17중량% 및 20중량%의 PEDOT:PSS를 포함하는 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 용액을 얻었다(이하, PEDOT:PSS의 조성비에 따라, 5P/CB, 9P/CB, 13P/CB, 17P/CB, 20P/CB이라고 명명함). 상기 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 용액을 UV처리되어 친수성 표면을 가지는 FTO 유리 기판 상에 스핀코팅법으로 코팅하였다. 이후, PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 용액이 코팅된 기판을 100℃ 진공오븐에서 1시간 동안 열처리한 뒤, 염산:메탄올이 1:1의 부피비로 이루어지는 산용액으로 1시간 동안 산처리하였다. 상기 산처리된 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체가 코팅된 기판을 다시 100℃ 진공오븐에서 1시간 동안 열처리하여 상대전극(촉매전극) 제조를 완성하였다.
First, 1 wt% of PEDOT: PSS conductive polymer was dispersed in water to obtain a first solution, and carbon black having a diameter of about 20 nm was dispersed in ethanol to obtain a second solution. The amounts of the first solution and the second solution were controlled and mixed, and the carbon black was dispersed for about 1 hour by using ultrasonic waves to obtain 5 wt%, 9 wt%, 13 wt%, 17 wt%, and 20 wt% (Hereinafter referred to as 5P / CB, 9P / CB, 13P / CB, 17P / CB and 20P / CB depending on the composition ratio of PEDOT: PSS) . The PEDOT: PSS / carbon black composite solution was coated on the FTO glass substrate having a hydrophilic surface by UV treatment by spin coating. Subsequently, the substrate coated with the PEDOT: PSS / carbon black composite solution was heat-treated at 100 ° C in a vacuum oven for 1 hour, and then acid-treated with an acid solution having a volume ratio of hydrochloric acid: methanol of 1: 1 for 1 hour. The substrate coated with the acid-treated PEDOT: PSS / carbon black composite was again subjected to heat treatment in a 100 ° C vacuum oven for 1 hour to complete the preparation of a counter electrode (catalyst electrode).
염료 감응형 태양전지 제조Dye-sensitized solar cell manufacturing
상기와 같이 제조된 광전극 상에 60㎛의 고분자 수지를 올려놓은 뒤, 상대전극을 대향시켜 놓은 다음 열을 가해주어 두 전극을 결합시켰다. 이후, 액체 형태의 요오드 전해질을 주입하여 염료 감응형 태양전지를 제조하였다.
A polymer resin having a thickness of 60 탆 was placed on the photoelectrode prepared as described above, and the counter electrode was opposed to the photoelectrode and then heat was applied to bond the two electrodes. Then, a liquid type iodine electrolyte was injected to prepare a dye-sensitized solar cell.
상기와 같이 제조된 염료 감응형 태양전지 중 5P/CB, 9P/CB, 17P/CB, 20P/CB의 촉매전극을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 각각 도 2 (a), (b), (c) 및 (d)에 나타내었다.
2 (a) and 2 (b) show photographs of the catalyst electrodes of 5P / CB, 9P / CB, 17P / CB and 20P / CB observed by a scanning electron microscope (SEM) ), (c) and (d).
도 2에 나타난 바와 같이, 각각의 촉매전극은 카본블랙 입자들이 서로 응집되어 있는 구조를 가지고 있으며, PEDOT:PSS는 카본블랙의 기공 내에 위치하고 있는 것을 알 수 있다. 5~17중량%의 PEDOT:PSS가 첨가된 경우에는 복합체 전극이 기공을 가지는 다공성의 구조를 가지고 있으나, 20중량%의 PEDOT:PSS가 첨가된 경우에는 카본블랙의 기공들이 대부분 막혀있는 것을 알 수 있다. 이는 과잉의 PEDOT:PSS 첨가는 카본블랙의 기공들을 막게 되고, 이로 인해 복합체 전극의 표면적을 감소시켜 촉매특성 또한 저하시키는 것을 보여준다.
As shown in FIG. 2, it can be seen that each catalyst electrode has a structure in which carbon black particles are aggregated with each other, and PEDOT: PSS is located in the pores of the carbon black. When 5 to 17 wt% of PEDOT: PSS is added, the composite electrode has a porous structure having pores, but when 20 wt% of PEDOT: PSS is added, most of the pores of the carbon black are clogged have. This shows that the excess PEDOT: PSS addition blocks the pores of the carbon black, thereby reducing the surface area of the composite electrode and also the catalyst properties.
촉매활동 특성 평가를 위한 symmetric cell 제조Manufacture of symmetric cell for characterization of catalytic activity
촉매활동 특성 평가를 위하여, 전술한 바와 같은 방법을 이용하여 도 3에 나타난 바와 같은 구조의 symmetric cell을 제조하였다. symmetric cell은 투명도전막이 형성된 기판(10)에 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극(11)이 형성된 상대전극이 서로 대향으로 위치하고 있고, 그 사이에 전해질(12)이 존재하는 구조를 가지고 있다. 이 symmetric cell을 이용하여 전기화학 임피던스를 측정한 뒤, 도 4와 같은 등가회로 모델을 이용하여 결과를 분석하였다. 등가회로 모델은 기판의 면저항(Rs), 복합체 전극 내부에서의 전자이동저항(Rtrns) 및 캐패시턴스(Ctrap), 전해질과 복합체 전극간의 계면에서의 전하이동저항(Rct) 및 전기이중층 캐패시턴스(Cdl), 그리고 전해질 내부에서의 이온 확산에 의한 임피던스(Zn)로 구성되어 있다.
In order to evaluate the catalytic activity, a symmetric cell having a structure as shown in FIG. 3 was prepared using the above-described method. The symmetric cell has a structure in which counter electrodes where a PEDOT: PSS / carbon black
상기와 같이 측정된 전기화학 임피던스 측정 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5 (a)는 PEDOT:PSS의 조성비 변화에 따른 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극의 촉매활동 특성 결과이고, 도 5 (b)는 (a)의 고주파수 영역을 확대한 결과이다. 도 5에 나타난 바와 같이, PEDOT:PSS가 첨가되지 않은 탄소 단일전극의 경우, PEDOT:PSS가 5~20중량%로 첨가된 복합체 전극에 비하여 전기 전도도가 매우 낮은 수준임을 알 수 있다. 또한, PEDOT:PSS의 함량이 증가할수록 전자들의 이동경로 수가 증가하게 되어 전기전도도가 높아지면서 Rtrns가 감소되었음을 확인할 수 있다. 또한, PEDOT:PSS의 추가적인 촉매 활성도로 인해 복합체 전극에서의 촉매 활성점 수가 증가하여 Rct가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 과잉의 PEDOT:PSS가 첨가된 20P/CB의 경우에는 PEDOT:PSS가 카본블랙의 기공을 막으면서 전해질과의 접촉 면적을 감소시키기 때문에, 오히려 Rct가 증가되는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 17중량%의 PEDOT:PSS가 첨가된 복합체 전극의 경우, 계면에서 가장 낮은 전하전달저항을 나타내며 우수한 촉매특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
The electrochemical impedance measurement results as described above are shown in FIG. 5 (a) shows the catalytic activity characteristics of the PEDOT: PSS / carbon black composite electrode according to the composition ratio of PEDOT: PSS, and FIG. 5 (b) shows the result of enlarging the high frequency region of (a). As shown in FIG. 5, in the case of a carbon single electrode to which PEDOT: PSS is not added, it can be seen that the electric conductivity is very low as compared with a composite electrode in which PEDOT: PSS is added in an amount of 5 to 20 wt%. In addition, as the content of PEDOT: PSS increases, the number of transport paths of electrons increases, so that R trns decreases as the electric conductivity increases. In addition, it can be seen that R ct is decreased due to an increase in the number of catalytic active sites in the composite electrode due to the additional catalytic activity of PEDOT: PSS. However, in the case of 20P / CB in which excess PEDOT: PSS is added, it can be seen that R ct is increased because PEDOT: PSS blocks the pores of carbon black and reduces the contact area with the electrolyte. This shows that the composite electrode with 17 wt% PEDOT: PSS added exhibits the lowest charge transfer resistance at the interface and exhibits excellent catalytic properties.
또한, 두께에 따른 촉매특성을 관찰하기 위하여, 전술한 바와 같은 방법을 이용하여 17중량%의 PEDOT:PSS를 함유하는 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극을 제조하였으며, 이 때, 스핀코팅 횟수를 제어하여 각각 1㎛, 2.5㎛, 3.5㎛, 4.5㎛의 두께를 갖는 symmetric cell을 제조하였으며, 이 symmetric cell을 이용하여 전기화학 임피던스를 측정한 뒤, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
In order to observe the catalyst characteristics according to the thickness, a PEDOT: PSS / carbon black composite electrode containing 17 wt% of PEDOT: PSS was prepared by using the above-mentioned method. In this case, A symmetric cell having thicknesses of 1 탆, 2.5 탆, 3.5 탆 and 4.5 탆, respectively, was prepared. The electrochemical impedance was measured using this symmetric cell, and the results are shown in Fig.
도 6에 나타난 바와 같이, 복합체 전극의 두께가 1㎛에서 4.5㎛로 증가될수록 전극의 전도도 및 전해질과의 접촉면적이 증가함에 따라 Rtrns와 Rct가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 복합체 전극이 4.5㎛의 두께를 가질 때 가장 우수한 촉매특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 6, it can be seen that R trns and R ct decrease as the conductivity of the electrode and the contact area with the electrolyte increases as the thickness of the composite electrode increases from 1 μm to 4.5 μm. This shows that the composite electrode exhibits the best catalytic properties when it has a thickness of 4.5 탆.
나아가, 백금 촉매전극과의 특성 비교를 위하여, 전술한 방법을 이용하여 FTO 투명도전막이 형성된 유리 기판 상에 17중량%의 PEDOT:PSS를 함유하는 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극을 4.5㎛로 제조하여 염료감응형 태양전지를 제조하였고, FTO 투명도전막이 형성되지 않은 유리 기판 상에 17중량%의 PEDOT:PSS를 함유하는 PEDOT:PSS/카본블랙 복합체 전극을 12㎛로 제조하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 백금촉매 전극 제조를 위하여, FTO 투명도전막이 형성된 유리 기판 상에 육염화백금산(H2PtCl6) 용액을 한 방울 떨어뜨린 뒤, 400℃에서 10분 동안 열처리를 하여 입자 형태의 백금 촉매가 4.5㎛의 두께로 형성된 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 상기 염료감응형 태양전지들에 대하여 광전변환효율을 측정한 뒤, 도 7에 전류밀도-전압 그래프를 나타내었으며, 도 7을 통해 얻은 단락전류(JSC), 개방전압(VOC), 충진계수(FF) 및 효율(efficiency)을 하기 표 1에 나타내었다.
Further, for comparison with the platinum catalyst electrode, a PEDOT: PSS / carbon black composite electrode containing 17 wt% of PEDOT: PSS was prepared to a thickness of 4.5 μm on a glass substrate on which an FTO transparent conductive film was formed by the above- A PEDOT: PSS / carbon black composite electrode containing 17 wt% of PEDOT: PSS was prepared to a thickness of 12 μm on a glass substrate on which no FTO transparent conductive film was formed. Thus, a dye sensitized solar cell . In order to prepare a platinum catalyst electrode, a droplet of hydrogenated platinate (H 2 PtCl 6 ) solution was dropped on a glass substrate having an FTO transparent conductive film formed thereon, and then heat treatment was performed at 400 ° C. for 10 minutes to obtain a platinum catalyst having a particle size of 4.5 μm To prepare a dye-sensitized solar cell. The photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells was measured. FIG. 7 shows the current density-voltage graph. The short-circuit current J SC , the open-circuit voltage V OC , (FF) and efficiency are shown in Table 1 below.
상기 표 1 및 도 7에 나타난 바와 같이, 본원발명이 제안하는 발명예 1의 경우에는 기존에 주로 사용되던 백금 촉매전극(비교예 1)과 대등한 광전변환효율을 가지는 것을 알 수 있다. 이는 최적 농도의 PEDOT:PSS가 입자의 연결성 및 전자이동경로의 수를 증가시켜 전기 전도도를 향상시키고 촉매 활성점을 추가적으로 제공하고, 충분한 두께로 인해 전해질과의 접촉 면적이 넓어져서 우수한 촉매특성을 나타내기 때문이다.
As shown in Table 1 and FIG. 7, in the case of Inventive Example 1 proposed by the present invention, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency is comparable to that of the platinum catalyst electrode (Comparative Example 1), which has been mainly used. This is because the optimum concentration of PEDOT: PSS increases the conductivity of the particles and the number of electron transfer paths, thereby improving the electric conductivity and additionally providing the active site of the catalyst, and the sufficient contact area with the electrolyte due to the sufficient thickness, It is because of bet.
또한, 본 발명이 제안하는 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 투명도전막의 전자수집역할도 수행할 수 있어, 발명예 2와 같이 투명도전막을 형성하지 않고도 우수한 전기 전도도 및 촉매 활성도를 확보할 수 있어 염료 감응형 태양전지에 바람직하게 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.
In addition, the conductive polymer-carbon composite electrode proposed by the present invention can also perform the role of collecting electrons of the transparent conductive film. Thus, it is possible to secure excellent electrical conductivity and catalytic activity without forming a transparent conductive film as in Example 2, Type solar cell according to the present invention.
1 : 제1기판
2 : 투명도전막
3 : 산화물 반도체 전극
4 : 염료
5 : 촉매전극
6 : 제2기판
7 : 전해질
8 : 봉합재1: first substrate
2: Transparent film
3: oxide semiconductor electrode
4: Dye
5: catalytic electrode
6: second substrate
7: electrolyte
8: Seal material
Claims (24)
상기 탄소 재료는 흑연, 그래핀, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 및 카본블랙으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극.The method according to claim 1,
Wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of graphite, graphene, carbon nanofiber, carbon nanotube, and carbon black.
상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS) 및 폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극.The method according to claim 1,
The conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS), and poly (styrene sulfonate) Wherein the conductive polymer-carbon composite electrode is at least one selected from the group consisting of a metal oxide and a metal oxide.
상기 탄소 재료 응집체를 구성하는 탄소 재료는 20~90nm의 평균크기를 갖는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극.The method according to claim 1,
The conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell has an average size of 20 to 90 nm as the carbon material constituting the aggregate of carbon material.
상기 전도성 고분자는 1~19중량% 포함되는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극.The method according to claim 1,
Wherein the conductive polymer comprises 1 to 19% by weight of the conductive polymer.
제2용매에 탄소 재료를 분산시켜 제2용액을 얻는 단계;
상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산된 복합체 용액을 얻는 단계; 및
상기 복합체 용액을 100~150℃에서 열처리하여 복합체 전극을 얻는 단계를 포함하는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법.Dispersing a conductive polymer in a first solvent to obtain a first solution;
Dispersing a carbon material in a second solvent to obtain a second solution;
Mixing the first solution and the second solution to obtain a composite solution in which the carbon material and the conductive polymer are dispersed; And
And thermally treating the complex solution at 100 to 150 ° C to obtain a composite electrode. The method for manufacturing a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell according to claim 1,
상기 제1용매는 아이소프로판올, 에틸린클리콜 및 물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법.The method of claim 6,
Wherein the first solvent is at least one selected from the group consisting of isopropanol, ethylenecyclole, and water. The method for producing a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell according to claim 1,
상기 제2용매는 이소프로판올, 메탄올 및 에탄올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법.The method of claim 6,
Wherein the second solvent is at least one selected from the group consisting of isopropanol, methanol and ethanol.
상기 제1용액을 얻는 단계, 제2용액을 얻는 단계 및 복합체 용액을 얻는 단계 중 하나 이상은 초음파법 또는 자기 교반법에 의해 이루어지는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법.The method of claim 6,
Wherein at least one of the step of obtaining the first solution, the step of obtaining the second solution, and the step of obtaining the complex solution is performed by an ultrasonic method or a magnetic stirring method.
상기 열처리 후, 상기 복합체 전극을 산처리하는 단계를 추가로 포함하는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법.The method of claim 6,
Further comprising the step of acid-treating the composite electrode after the heat treatment. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 산처리하는 단계 후, 상기 복합체 전극을 100~150℃에서 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 염료 감응형 태양전지용 전도성 고분자-탄소 복합체 전극의 제조방법.The method of claim 10,
The method of manufacturing a conductive polymer-carbon composite electrode for a dye-sensitized solar cell, further comprising the step of heat-treating the composite electrode at 100 to 150 ° C. after the acid treatment.
상기 제1기판 상에 형성된 염료가 흡착된 산화물 반도체 전극;
상기 산화물 반도체 전극에 대향하여 위치하는 제2기판;
상기 제2기판 상에 형성된 전도성 고분자-탄소 복합체 전극; 및
상기 산화물 반도체 전극과 전도성 고분자-탄소 복합체 전극 사이에 구비되는 전해질을 포함하며,
상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 탄소 재료와 전도성 고분자를 포함하고, 상기 탄소 재료는 기공을 갖는 다공성의 구조를 갖도록 응집된 형태를 가지며, 상기 전도성 고분자는 상기 기공 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.A first substrate;
An oxide semiconductor electrode formed on the first substrate on which dye is adsorbed;
A second substrate facing the oxide semiconductor electrode;
A conductive polymer-carbon composite electrode formed on the second substrate; And
And an electrolyte disposed between the oxide semiconductor electrode and the conductive polymer-carbon composite electrode,
Wherein the conductive polymer-carbon composite electrode comprises a carbon material and a conductive polymer, the carbon material has an aggregated form so as to have a porous structure having pores, and the conductive polymer is provided in the pores. Type solar cell.
상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극은 1~15㎛의 두께를 갖는 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
Wherein the conductive polymer-carbon composite electrode has a thickness of 1 to 15 占 퐉.
상기 제1기판 또는 제2기판은 유리 기판, 고분자 필름 기판 및 금속 기판 중 하나인 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
Wherein the first substrate or the second substrate is one of a glass substrate, a polymer film substrate, and a metal substrate.
상기 제1기판과 상기 산화물 반도체 전극 사이에는 투명도전막이 추가로 형성되는 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
Wherein a transparent conductive film is additionally formed between the first substrate and the oxide semiconductor electrode.
상기 제2기판과 상기 전도성 고분자-탄소 복합체 전극 사이에는 투명도전막이 추가로 형성되는 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
And a transparent conductive film is additionally formed between the second substrate and the conductive polymer-carbon composite electrode.
상기 투명도전막은 ZnO, AZO, IZO, GZO, FTO 및 ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종인 염료 감응형 태양전지.The method according to any one of claims 15 and 16,
Wherein the transparent conductive film is one selected from the group consisting of ZnO, AZO, IZO, GZO, FTO and ITO.
상기 산화물 반도체 전극은 TiO2, SnO2 및 ZnO 중 하나인 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
Wherein the oxide semiconductor electrode is one of TiO 2 , SnO 2, and ZnO.
상기 산화물 반도체 전극은 3~20㎛의 두께를 가지는 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
Wherein the oxide semiconductor electrode has a thickness of 3 to 20 占 퐉.
상기 염료는 루테늄계 염료 또는 유기 염료인 염료 감응형 태양전지.The method of claim 12,
Wherein the dye is a ruthenium-based dye or an organic dye.
상기 제1기판 상에 산화물 반도체 전극을 형성하는 단계;
상기 산화물 반도체 전극에 염료를 흡착하는 단계;
제2기판을 준비하는 단계;
제1용매에 전도성 고분자를 분산시켜 제1용액을 얻는 단계;
제2용매에 탄소 재료를 분산시켜 제2용액을 얻는 단계;
상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 상기 탄소 재료와 상기 전도성 고분자가 분산된 복합체 용액을 얻는 단계;
상기 복합체 용액을 상기 제2기판에 도포하는 단계;
상기 복합체 용액을 100~150℃에서 열처리하여 전도성 고분자-탄소 복합체 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제1기판과 제2기판을 대향하도록 위치시켜 결합시킨 뒤, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 전해질을 주입하는 단계를 포함하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.Preparing a first substrate;
Forming an oxide semiconductor electrode on the first substrate;
Adsorbing a dye on the oxide semiconductor electrode;
Preparing a second substrate;
Dispersing a conductive polymer in a first solvent to obtain a first solution;
Dispersing a carbon material in a second solvent to obtain a second solution;
Mixing the first solution and the second solution to obtain a composite solution in which the carbon material and the conductive polymer are dispersed;
Applying the composite solution to the second substrate;
Forming a conductive polymer-carbon composite electrode by heat-treating the composite solution at 100 to 150 ° C; And
The method of claim 1, wherein the first substrate and the second substrate are positioned so as to face each other, and then injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
상기 제1기판을 준비하는 단계 또는 제2기판을 준비하는 단계는 상기 제1기판 또는 제2기판 상에 투명도전막을 형성하는 것을 포함하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.23. The method of claim 21,
Wherein the step of preparing the first substrate or the step of preparing the second substrate includes forming a transparent conductive film on the first substrate or the second substrate.
상기 산화물 반도체 전극을 형성하는 단계는 상기 제1기판 상에 산화물 반도체를 코팅한 뒤, 100~550℃에서 열처리하여 이루어지는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.23. The method of claim 21,
Wherein the oxide semiconductor electrode is formed by coating an oxide semiconductor on the first substrate and then heat-treating the oxide semiconductor at 100 to 550 ° C.
상기 복합체 용액을 도포하는 단계는 스프레이 코팅, 드롭 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 브러쉬 코팅 및 딥 코팅 중 하나를 이용하여 이루어지는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.
23. The method of claim 21,
Wherein the step of applying the composite solution is performed using one of spray coating, drop coating, spin coating, inkjet printing, brush coating and dip coating.
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