KR20110104137A - Dye-sensitized solar cell containing gel polymer electrolyte by in-situ chemical cross-linking reaction and method for fabricating the same - Google Patents
Dye-sensitized solar cell containing gel polymer electrolyte by in-situ chemical cross-linking reaction and method for fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110104137A KR20110104137A KR1020100023084A KR20100023084A KR20110104137A KR 20110104137 A KR20110104137 A KR 20110104137A KR 1020100023084 A KR1020100023084 A KR 1020100023084A KR 20100023084 A KR20100023084 A KR 20100023084A KR 20110104137 A KR20110104137 A KR 20110104137A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dye
- solar cell
- sensitized solar
- electrolyte
- photoelectrode
- Prior art date
Links
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 29
- 238000010382 chemical cross-linking Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title abstract description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 47
- AOBIOSPNXBMOAT-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(oxiran-2-ylmethoxy)ethoxymethyl]oxirane Chemical compound C1OC1COCCOCC1CO1 AOBIOSPNXBMOAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229920001515 polyalkylene glycol Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 27
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 26
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 19
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 14
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 claims description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910020203 CeO Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 5
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 abstract description 10
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003999 initiator Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 19
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 11
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 4
- -1 iodine ions Chemical class 0.000 description 4
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N diglycidyl ether Chemical compound C1OC1COCC1CO1 GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- CZSRXHJVZUBEGW-UHFFFAOYSA-N 1,2-thiazolidine Chemical class C1CNSC1 CZSRXHJVZUBEGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 9H-xanthene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3OC2=C1 GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical class C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N Pyrrolidine Chemical class C1CCNC1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O Pyrrolidinium ion Chemical compound C1CC[NH2+]C1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000012327 Ruthenium complex Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical group 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N imidazoline Chemical class C1CN=CN1 MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QDLAGTHXVHQKRE-UHFFFAOYSA-N lichenxanthone Natural products COC1=CC(O)=C2C(=O)C3=C(C)C=C(OC)C=C3OC2=C1 QDLAGTHXVHQKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 1
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 1
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 1
- YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N ruthenium(2+) Chemical compound [Ru+2] YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- IWOKCMBOJXYDEE-UHFFFAOYSA-N sulfinylmethane Chemical compound C=S=O IWOKCMBOJXYDEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N tetrabutylammonium Chemical compound CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N triphenylmethane Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
- H01G9/2018—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte characterised by the ionic charge transport species, e.g. redox shuttles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
- H01G9/2009—Solid electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
인시츄 화학 가교반응에 의해 제조되는 겔 고분자 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다. 염료감응 태양전지는 대향 배치되는 광전극과 상대전극; 및 광전극과 상대전극 사이에 개재되며, 화학 가교 결합된 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산환환원 유도체를 함유한 겔 고분자 전해질을 포함한다. 염료감응 태양전지의 제조방법은 광전극과 상대전극을 각각 준비하는 단계; 광전극과 상대전극이 대향되도록 이격 배치하는 단계; 광전극과 상대전극 사이의 공간에 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산환환원 유도체를 함유한 전해질 전구체 용액을 주입하는 단계; 및 전해질 전구체 용액을 열처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 포함된 겔 고분자 전해질은 전해액의 누액과 휘발을 감소시켜 장기 안정성을 확보할 수 있으며, 전극과의 접착성을 높여 이온전도도를 향상시킬 수 있다. 또한, 겔 고분자 전해질은 인시츄 가교 반응으로 제조 가능하며, 개시제나 가교제 없이 반응이 진행될 수 있다. 또한, 50℃ 이하의 낮은 온도에서도 가교 반응이 진행되기 때문에 열에 약한 염료 분자의 성능 열화를 억제할 수 있는 장점이 있다.Provided are a dye-sensitized solar cell including a gel polymer electrolyte prepared by an in situ chemical crosslinking reaction, and a method of manufacturing the same. The dye-sensitized solar cell includes a photoelectrode and a counter electrode disposed to face each other; And a gel polymer electrolyte interposed between the photoelectrode and the counter electrode and containing a chemically crosslinked polyalkylene glycol diglycidyl ether, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent and an acid reduction derivative. Method for manufacturing a dye-sensitized solar cell comprises the steps of preparing a photoelectrode and a counter electrode; Disposing the photoelectrode and the counter electrode so as to face each other; Injecting an electrolyte precursor solution containing polyalkylene glycol diglycidyl ether, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent, and an acid reduction derivative into a space between the photoelectrode and the counter electrode; And heat treating the electrolyte precursor solution. Gel polymer electrolyte included in the dye-sensitized solar cell according to the present invention can ensure the long-term stability by reducing the leakage and volatilization of the electrolyte, it is possible to improve the ionic conductivity by increasing the adhesion to the electrode. In addition, the gel polymer electrolyte may be prepared by an in situ crosslinking reaction, and the reaction may proceed without an initiator or a crosslinking agent. In addition, since the crosslinking reaction proceeds even at a low temperature of 50 ° C. or less, there is an advantage of suppressing the performance deterioration of the heat-sensitive dye molecules.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인시츄 화학 가교반응에 제조되는 겔 고분자 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell and a method for producing the same comprising a gel polymer electrolyte prepared in an in situ chemical crosslinking reaction.
염료감응 태양전지는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로서, 낮은 제조단가 및 높은 에너지변환 효율을 가지기 때문에 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 감광성 염료분자가 다공성 산화물 나노입자에 흡착된 광전극, 유기용매에 산화/환원을 담당하는 요오드 이온이 용해된 요오드계 전해액 및 백금 상대전극으로 구성된다. 그러나 염료감응 태양전지의 전해질로 사용하는 요오드계 전해액은 태양전지의 장시간 운전 시 전해액의 누액 및 용매의 증발로 인한 특성의 저하 등 안정성의 문제가 있다. 또한 태양전지의 플렉시블화에도 액체상의 존재가 불리한 요인이 될 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하고 태양전지의 안정성과 내구성을 향상시키기 위해 액체 전해질을 물리적 또는 화학적으로 겔화시키는 방법 등이 연구되고 있다. 그러나, 액체 전해질을 물리적으로 겔화시키는 경우 가열에 의해 쉽게 액상화되는 문제가 있으며, 금속 산화물층과의 접착력 부족으로 전극-전해질 계면에서 일어나는 전하이동반응의 저항을 증가시켜 에너지 변환 효율이 감소되는 문제가 있다. 또한, 액체 전해질을 화학적으로 겔화시키는 경우 가교 및 중합 반응 시 첨가되는 개시제, 가교제 등의 화합물이 전해질 내에 잔존할 우려가 있으며, 높은 반응 온도에 의해 요오드 분자의 승화 또는 염료의 열분해가 발생하여 태양전지의 특성을 저하시키는 문제가 있다.Dye-sensitized solar cell is a photoelectrochemical solar cell published by Gratzel et al., Switzerland in 1991, and has been spotlighted as a next-generation solar cell that can replace existing silicon solar cell because of low manufacturing cost and high energy conversion efficiency. have. In general, a dye-sensitized solar cell is composed of a photoelectrode in which photosensitive dye molecules are adsorbed on porous oxide nanoparticles, an iodine-based electrolyte solution in which iodine ions are responsible for oxidation / reduction in an organic solvent, and a platinum counter electrode. However, the iodine-based electrolyte used as an electrolyte of a dye-sensitized solar cell has a problem of stability, such as deterioration of properties due to leakage of the electrolyte and evaporation of the solvent during a long operation of the solar cell. In addition, the presence of the liquid phase may be a detrimental factor in the flexibility of the solar cell. In order to solve such a problem and improve the stability and durability of solar cells, a method of physically or chemically gelling a liquid electrolyte has been studied. However, when physically gelling the liquid electrolyte, there is a problem of easily liquefying by heating, and the problem of reducing energy conversion efficiency by increasing the resistance of the charge transfer reaction occurring at the electrode-electrolyte interface due to lack of adhesion to the metal oxide layer. have. In addition, when chemically gelling a liquid electrolyte, compounds such as an initiator and a crosslinking agent added during the crosslinking and polymerization reaction may remain in the electrolyte, and sublimation of iodine molecules or thermal decomposition of dye may occur due to a high reaction temperature. There is a problem of lowering the characteristics.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 장기 안정성, 높은 이온전도도 및 우수한 전극-전해질 계면 특성을 갖는 겔 고분자 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell comprising a gel polymer electrolyte having a long-term stability, high ion conductivity and excellent electrode-electrolyte interfacial properties.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 인시츄 화학 가교형 겔 고분자 전해질을 이용한 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공함에 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell using an in-situ chemically cross-linked gel polymer electrolyte.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 염료감응 태양전지를 제공한다. 상기 염료감응 태양전지는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 위치하며 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극; 상기 광전극에 대향 배치되는 상대전극; 및 상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재되며, 화학 가교 결합된 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산환환원 유도체를 함유한 겔 고분자 전해질을 포함한다.One aspect of the present invention to achieve the above technical problem provides a dye-sensitized solar cell. The dye-sensitized solar cell includes a photoelectrode comprising a first conductive film and a metal oxide layer on which the dye is adsorbed and positioned on the first conductive film; A counter electrode disposed to face the photo electrode; And a gel polymer electrolyte interposed between the photoelectrode and the counter electrode and containing a chemically crosslinked polyalkylene glycol diglycidyl ether, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent, and an acid reduction derivative.
상기 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르는 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.The polyalkylene glycol diglycidyl ether may be at least one selected from polyethylene glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
상기 겔 고분자 전해질은 세라믹 입자를 더 포함할 수 있다.The gel polymer electrolyte may further include ceramic particles.
상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3, 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 어느 한 성분을 함유하는 입자일 수 있다.The ceramic particles may be particles containing at least one component selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 , and zeolite.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 염료감응 태양전지 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극과 금속층을 포함하는 상대전극을 각각 준비하는 단계; 상기 광전극의 금속 산화물층과 상기 상대전극의 금속층이 대향되도록 이격 배치하는 단계; 상기 광전극과 상기 상대전극 사이의 공간에 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산환환원 유도체를 함유한 전해질 전구체 용액을 주입하는 단계; 및 상기 전해질 전구체 용액을 열처리하여 겔 고분자 전해질을 형성하는 단계를 포함한다.Another aspect of the present invention to achieve the above technical problem provides a method for producing a dye-sensitized solar cell. The manufacturing method includes preparing a photoelectrode including a metal oxide layer adsorbed with a dye and a counter electrode including a metal layer, respectively; Disposing the metal oxide layer of the photoelectrode and the metal layer of the counter electrode to face each other; Injecting an electrolyte precursor solution containing polyalkylene glycol diglycidyl ether, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent, and an acid reduction derivative into a space between the photoelectrode and the counter electrode; And heat treating the electrolyte precursor solution to form a gel polymer electrolyte.
상기 열처리하는 단계는 30℃ 내지 50℃에서 수행할 수 있다.The heat treatment may be performed at 30 ° C to 50 ° C.
상기 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르는 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.The polyalkylene glycol diglycidyl ether may be at least one selected from polyethylene glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
상기 전해질 전구체 용액은 세라믹 입자를 더 포함할 수 있다.The electrolyte precursor solution may further include ceramic particles.
상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3, 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 어느 한 성분을 함유하는 입자일 수 있다. The ceramic particles may be particles containing at least one component selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 , and zeolite.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 화학 가교 결합에 의해 형성되는 겔 고분자 전해질은 전해액의 누액과 휘발을 감소시켜 장기 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 전극과의 접착성을 높여 이온전도도를 향상시킬 수 있으며, 소자의 플렉시블화에 기여할 수 있다. 또한, 겔 고분자 전해질에 세라믹 입자를 첨가함으로써, 태양광의 산란 효과와 함께 이온전도도를 더욱 증가시킬 수 있다. 한편, 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 가교 반응은 요오드(I2)의 존재 하에서 이루어질 수 있어 인시츄 가교 반응이 가능하며, 개시제나 가교제 없이 가교 반응이 진행되므로 전해질 내에 태양전지의 전류 또는 전압 특성을 저하시킬 수 있는 불순물의 유입을 차단할 수 있다. 또한, 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 가교 반응은 수분이나 산소에 큰 영향을 받지 않기 때문에 제조 공정이 까다롭지 않아 대량생산에 적합한 장점이 있으며, 50℃ 이하의 낮은 온도에서도 가교 반응이 진행되기 때문에 열에 약한 염료 분자의 성능 열화를 억제할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the gel polymer electrolyte formed by chemical crosslinking of polyalkylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine can reduce leakage and volatilization of the electrolyte solution, thereby ensuring long-term stability. In addition, it is possible to improve the adhesion with the electrode to improve the ion conductivity and contribute to the flexibility of the device. In addition, by adding ceramic particles to the gel polymer electrolyte, ion conductivity can be further increased along with the scattering effect of sunlight. On the other hand, the cross-linking reaction of polyalkylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine can be carried out in the presence of iodine (I 2 ) to enable in-situ cross-linking reaction. It is possible to block the influx of impurities which may degrade the current or voltage characteristics of the. In addition, since the crosslinking reaction of polyalkylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine is not influenced by moisture or oxygen, the manufacturing process is not difficult and it is suitable for mass production. Since the reaction proceeds, there is an advantage that can suppress the performance degradation of the heat-sensitive dye molecules.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 인시츄 화학 가교 반응에 의해 형성된 겔 고분자 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 나타낸 개략도이다.
도 3은 제조예 1, 제조예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 제조예 3에서 제조된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5는 제조예 4(실리카 함량 10 중량%) 및 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 시간에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a dye-sensitized solar cell including a gel polymer electrolyte formed by an in situ chemical crosslinking reaction.
Figure 3 is a graph showing the current-voltage curve of the dye-sensitized solar cells prepared in Preparation Example 1, Preparation Example 2 and Comparative Example 1, respectively.
Figure 4 is a graph showing the current-voltage curve of the dye-sensitized solar cell prepared in Preparation Example 3.
5 is a graph showing a change in efficiency with time of the dye-sensitized solar cells prepared in Preparation Example 4 (
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함하는 광전극과 금속층을 포함하는 상대전극을 각각 준비한다(S10).Referring to FIG. 1, first, a photoelectrode including a metal oxide layer on which a dye is adsorbed and a counter electrode including a metal layer are prepared (S10).
구체적으로, 상기 광전극은 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 위치하며 염료가 흡착된 금속 산화물층을 포함할 수 있다.Specifically, the photoelectrode may include a first conductive layer and a metal oxide layer on which the dye is adsorbed and positioned on the first conductive layer.
상기 제1 도전막은 광투과성 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 또는SnO2-Sb2O3로 이루어지는 전도성 금속 산화물막이 코팅된 것 일 수 있다. 상기 광투과성 기판은 PET(Poly Ethylene Terephehalate), PEN(Poly Ethylene Naphthelate), PC(Poly Carbonate), PP(Poly Propylene), PI(Poly Imide) 또는 TAC(Tri Acetyl Cellulose)의 플라스틱 기판이나 유리 기판일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 되는 것은 아니다. The first conductive film is made of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3, or SnO 2 -Sb 2 O 3 on a transparent substrate. The metal oxide film may be coated. The light transmissive substrate may be a plastic substrate or a glass substrate of PET (Poly Ethylene Terephehalate), PEN (Poly Ethylene Naphthelate), PC (Poly Carbonate), PP (Poly Propylene), PI (Poly Imide) or TAC (Tri Acetyl Cellulose) Can be. However, the present invention is not limited thereto.
상기 제1 도전막은 예를 들어, 광투과성 기판 상에 금속 산화물막을 스퍼터링법, 전해도금법, 전자빔증착법 등을 사용하여 형성할 수 있다.For example, the first conductive film may be formed on the light transmissive substrate by using a sputtering method, an electroplating method, an electron beam deposition method, or the like.
상기 제1 도전막 상에 위치하는 금속 산화물층은 나노 크기의 입경을 갖는 금속 산화물 입자로 이루어지며, 염료가 흡착되어 있는 층이다. 상기 금속 산화물은 타이타늄(Ti) 산화물, 주석(Sn) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 인듐(In)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물 등 중에서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 금속 산화물층의 두께는 5 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다.The metal oxide layer on the first conductive layer is made of metal oxide particles having a nano-sized particle diameter, and is a layer to which dye is adsorbed. The metal oxide is titanium (Ti) oxide, tin (Sn) oxide, zinc (Zn) oxide, tungsten (W) oxide, zirconium (Zr) oxide, strontium (Sr) oxide, indium (In) oxide, magnesium (Mg) Oxide, aluminum (Al) oxide, etc. can be selected suitably. It is preferable that the thickness of the said metal oxide layer is 5-20 micrometers.
상기 염료는 가시광의 흡수 및 전자 방출을 효율적으로 할 수 있는 염료라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 루테륨 착물 또는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 크산텐(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenyl methane) 등의 유기 염료를 사용할 수 있다.The dye is not particularly limited as long as it is a dye capable of efficiently absorbing visible light and emitting electrons, and for example, ruthenium complex or coumarin, porphyrin, xanthene, riboflavin, and the like. And organic dyes such as triphenyl methane.
상기 금속 산화물층은 금속 산화물 입자를 포함하는 코팅용 조성물을 제1 도전막 상에 통상의 도포 공정으로 도포한 후 열처리하는 등의 방법으로 형성할 수 있다. 이어서, 형성된 금속 산화물층에 염료를 포함하는 분산액을 분사, 도포 또는 침지하여 금속 산화물층에 염료를 흡착시킬 수 있다.The metal oxide layer may be formed by applying a coating composition containing metal oxide particles on a first conductive film by a common coating process and then heat treatment. The dye may then be adsorbed onto the metal oxide layer by spraying, applying or immersing a dispersion liquid containing the dye into the formed metal oxide layer.
상기 상대전극은 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 위치하는 금속층을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전막은 상기 제1 도전막에서 설명한 바와 같이, 광투과성 기판 상에 전도성 금속 산화물막이 코팅된 것일 수 있다.The counter electrode may include a second conductive layer and a metal layer on the second conductive layer. As described in the first conductive film, the second conductive film may be a conductive metal oxide film coated on a light transmissive substrate.
상기 제2 도전막 상에 위치하는 금속층은 전해질 내에 존재하는 산화환원 유도체의 환원 반응을 촉진시키는 촉매 작용을 하는 층으로서, 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C) 등을 포함할 수 있다. 상기 금속층이 백금층인 경우, 예를 들어, 백금 전구체 용액을 제2 도전막 상에 스핀 코팅한 후 400 내지 600 ℃에서 열처리하는 방법 또는 백금의 양극 산화법 등에 의해 형성할 수 있다.The metal layer located on the second conductive layer serves as a catalyst layer for promoting a reduction reaction of the redox derivative present in the electrolyte, and includes platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Ru), and palladium (Pd). , Rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), carbon (C) and the like. In the case where the metal layer is a platinum layer, for example, the platinum precursor solution may be formed by spin coating the second precursor layer on a second conductive layer, followed by heat treatment at 400 to 600 ° C., or anodizing the platinum.
상기 광전극과 상기 상대전극을 준비한 후, 상기 광전극의 금속 산화물층과 상기 상대전극의 금속층이 대향되도록 이격 배치한다(S12).After preparing the photoelectrode and the counter electrode, the metal oxide layer of the photoelectrode and the metal layer of the counter electrode are spaced apart from each other (S12).
이를 위하여, 광전극의 금속 산화물층과 상대전극의 금속층을 서로 대향되도록 한 후, 양 전극의 에지부들 사이에 20 내지 100 ㎛ 두께의 열가소성 필름을 삽입하고, 이를 60 내지 120 ℃의 온도에서 5 내지 20 초 동안 유지하여 양 전극을 밀착시키는 공정을 이용할 수 있다.To this end, the metal oxide layer of the photoelectrode and the metal layer of the counter electrode are opposed to each other, and then a thermoplastic film having a thickness of 20 to 100 μm is inserted between the edge portions of both electrodes, and this is 5 to 5 at a temperature of 60 to 120 ° C. It can be used to hold for 20 seconds to keep both electrodes in close contact.
이어서, 미리 뚫어 놓은 구멍을 통해 상기 광전극과 상기 상대전극 사이의 공간에 전해질 전구체 용액을 주입한다(S14).Subsequently, the electrolyte precursor solution is injected into the space between the photoelectrode and the counter electrode through the previously drilled hole (S14).
상기 전해질 전구체 용액은 반응성 올리고머인 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산화환원 유도체를 포함한다.The electrolyte precursor solution includes a polyalkylene glycol diglycidyl ether, a reactive oligomer, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent, and a redox derivative.
상기 전해질 전구체 용액을 제조하기 위해, 상기 반응성 올리고머인 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민을 적절한 비로 혼합하고, 이들을 비휘발성 유기용매에 용해시킨다. 이 때 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민은 전해질 조성물(＇전해질 전구체 용액＇과 동일한 의미로 해석된다) 총 중량에 대하여 1 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 2 ~ 6 중량%로 포함될 수 있다. 그 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 화학 가교 반응이 충분하지 않아 전해액의 겔화가 이루어지기 어려우며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 전해질의 가교 밀도가 너무 커서 겔 고분자 전해질의 이온전도도가 낮아 광전환 효율이 매우 낮아질 수 있기 때문이다. 상기 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르는 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In order to prepare the electrolyte precursor solution, the reactive oligomer, polyalkylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine are mixed in an appropriate ratio, and these are dissolved in a nonvolatile organic solvent. In this case, the polyalkylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine are preferably included in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the electrolyte composition (which is interpreted in the same sense as “electrolyte precursor solution”), more preferably. It may be included in 2 to 6% by weight. If the content is less than 1% by weight, it is difficult to gel the electrolyte due to insufficient chemical crosslinking reaction. If the content is more than 20% by weight, the crosslinking density of the electrolyte is so large that the ion conductivity of the gel polymer electrolyte is low, so that the light conversion efficiency is low. This can be very low. The polyalkylene glycol diglycidyl ether may be at least one of polyethylene glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
상기 비휘발성 유기용매는 고비점을 갖는 유기용매 예를 들어, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 환형 카보네이트, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 액체형 고분자, 이미다졸리윰, 피롤리디늄 등을 포함하는 상온 용융염 및 이들의 혼합물일 수 있다.The non-volatile organic solvent is an organic solvent having a high boiling point, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, liquid polymers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and the like at room temperature including imidazolysin, pyrrolidinium, and the like. Molten salts and mixtures thereof.
상기 산화환원 유도체는 전해질 내에서의 가역적인 산화환원 반응을 통해 광전극과 상대전극 사이에서 전자를 전달하는 역할을 하는 것으로, 산화환원쌍을 제공할 수 있는 물질을 말한다. 상기 산화환원 유도체는 예를 들어, 요오드화 리튬, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨 또는 브롬화 칼륨 등의 할로겐화 금속염 혹은 이미다졸리늄염, 피리디늄염, 제4급 암모늄염, 피롤리디늄염, 피라졸리듐염, 이소티아졸리디늄염, 이소옥사졸리디늄염 등의 함질소 복소환 화합물일 수 있다. 상기 산화환원 유도체로는 I-와 I3 - 로 이루어진 산화환원쌍을 제공할 수 있는 것이 보다 바람직하며, 일예로 상기 I-/I3 -의 산화환원쌍은 요오드화물의 용융염에 요오드를 용해시키거나 또는 요오드화물 이외의 화합물의 용융염에 요오드 또는 오오드 활물을 용해시킴으로써 제조할 수 있다.The redox derivative serves to transfer electrons between the photoelectrode and the counter electrode through a reversible redox reaction in an electrolyte, and refers to a material capable of providing a redox pair. The redox derivative is, for example, a halogenated metal salt such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, lithium bromide, sodium bromide or potassium bromide or imidazolinium salt, pyridinium salt, quaternary ammonium salt, pyrrolidinium salt, It may be a nitrogen-containing heterocyclic compound, such as a pyrazolidium salt, an isothiazolidinium salt, an isoxoxazolidinium salt. With the redox derivative is I - and I 3 - oxidation more preferably capable of providing a reduction pair, said I as an example consisting of - / I 3 - oxidation-reduction pair is dissolved the iodine to iodide molten salt Or by dissolving iodine or iodine actives in molten salts of compounds other than iodide.
또한, 상기 전해질 전구체 용액은 세라믹 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 세라믹 입자는 이온전도도를 증가시켜 겔화로 인한 이온전도도 감소를 방지하는 한편, 태양광의 산란 효과를 증가시켜 태양전지의 광전변환 전류를 증가시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3, 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 어느 한 성분을 함유하는 입자일 수 있다. 세라믹 입자의 크기는 제한이 없으나, 균일한 분산 및 전해질의 두께 조절을 위하여 0.001 ~ 1 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 첨가되는 세라믹 입자의 함량은 전해질 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 세라믹 입자의 함량이 0.5 중량% 미만이면 이온전도도 향상 효과가 거의 나타나지 않으며, 30 중량% 이상이면 겔 고분자 전해질의 유연성이 떨어질 뿐 아니라 이온전도도가 다시 감소하게 되어 태양전지의 효율 향상을 기대할 수 없기 때문이다.In addition, the electrolyte precursor solution may further include ceramic particles. The ceramic particles may increase the ion conductivity to prevent ion conductivity decrease due to gelation, and increase the scattering effect of sunlight to increase the photoelectric conversion current of the solar cell. For example, the ceramic particles may be particles containing at least one component selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 , and zeolite. Can be. The size of the ceramic particles is not limited, but it is preferably in the range of 0.001 to 1 μm for uniform dispersion and thickness control of the electrolyte. The content of the ceramic particles to be added is preferably included in 0.5 to 30% by weight, more preferably 5 to 15% by weight based on the total weight of the electrolyte composition. If the content of the ceramic particles is less than 0.5% by weight, the effect of improving the ion conductivity is hardly exhibited. If the content of the ceramic particles is more than 30% by weight, the flexibility of the gel polymer electrolyte is reduced and the ion conductivity is reduced again, so that the efficiency of the solar cell cannot be expected. to be.
상기 광전극 및 상기 상대전극 사이에 전해질 전구체 용액을 주입한 후, 상기 전해질 전구체 용액을 열처리한다(S16).After injecting an electrolyte precursor solution between the photoelectrode and the counter electrode, the electrolyte precursor solution is heat-treated (S16).
상기 열처리에 의해 반응성 올리고머인 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 화학 가교 반응을 유도할 수 있으며, 이로써 겔 고분자 전해질을 형성할 수 있다. 하기 반응식 1은 일 예로, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민 사이의 반응을 나타낸 것이며, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르의 에폭사이드(epoxide)기와 폴리에틸렌이민의 아민(amine)기의 반응에 의해 가교점을 형성하며 전해질 조성물 내에서 고분자 네트워크를 이루는 것을 확인할 수 있다.The heat treatment may induce a chemical crosslinking reaction between the polyalkylene glycol diglycidyl ether and the polyethyleneimine which are reactive oligomers, thereby forming a gel polymer electrolyte.
<반응식 1><
이처럼, 본 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법에 의하면, 전해질 전구체 용액을 태양전지에 주입한 후 화학 가교 반응을 진행시킴으로써 금속 산화물층을 이루는 금속 입자들 사이로 겔 전해질의 함침을 용이하게 할 수 있으며, 전극과 전해질간의 계면 접착성을 높일 수 있다. 또한, 상기 반응식 1의 반응은 반응 개시제나 가교제 없이 진행될 수 있으므로, 미반응 개시제나 가교제 등이 불순물로 남아 태양전지의 광전환 효율 및 장기 안정성을 저하시키는 문제를 막을 수 있다. 또한, 30℃ 내지 50℃의 낮은 온도범위에서의 열처리에 의해 가교 반응이 일어나므로 요오드의 승화 또는 열에 약한 염료 분자의 성능 열화를 억제할 수 있다. 또한, 상기 반응식 1의 반응은 대기 중에 존재하는 수분이나 산소에 큰 영향을 받지 않기 때문에 제조 공정이 까다롭지 않은 장점이 있다.
As such, according to the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell according to the present embodiment, by impregnating a gel electrolyte between metal particles forming a metal oxide layer by injecting an electrolyte precursor solution into the solar cell and proceeding a chemical crosslinking reaction. It is possible to increase the interfacial adhesion between the electrode and the electrolyte. In addition, since the reaction of
도 2는 인시츄 화학 가교 반응에 의해 형성된 겔 고분자 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic view showing a dye-sensitized solar cell including a gel polymer electrolyte formed by an in situ chemical crosslinking reaction.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 대향 배치되는 광전극(100)과 상대전극(120), 상기 광전극(100)과 상대전극(120) 사이에 개재되는 겔 고분자 전해질(300)을 포함한다.2, the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention is interposed between the
상기 광전극(100)은 광투과성 기판(110a) 및 상기 광투과성 기판(110a) 상에 위치하는 전도성 금속 산화물막(110b)으로 이루어진 제1 도전막(110)과, 상기 제1 도전막(110) 상에 위치하며 염료(130)가 흡착된 금속 산화물층(120)을 포함한다. 상기 광전극(100)의 구체적인 구성 물질들은 도 1을 참조하며 설명한 광전극과 동일하다.The
상기 상대전극(200)은 광투과성 기판(210a) 및 상기 광투과성 기판(210a) 상에 위치하는 전도성 금속 산화물막(210b)으로 이루어진 제2 도전막(210)과, 상기 제2 도전막(210)의 안쪽 면에 위치하는 금속층(220)을 포함한다. 상기 상대전극(200)의 구체적인 구성 물질들은 도 1을 참조하며 설명한 상대전극과 동일하다.The
상기 겔 고분자 전해질(300)은 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 화학 가교 결합 중합체(310) 및 전해액(320)을 포함하며, 상기 전해액(320)은 비휘발성 유기용매와 산화환원 유도체(미도시)를 포함한다. 상기 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르는 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르 중 적어도 어느 하나이며, 상기 비휘발성 유기용매와 상기 산화환원 유도체는 각각 도 1을 참조하며 설명한 비휘발성 유기용매와 산화환원 유도체와 동일하다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 화학 가교 결합 중합체(310)의 형성으로 전해액의 겔화가 진행되며, 이에 따라 전해액(320)이 그물구조의 가교 고분자 내에 갇히게 되므로 전해액(320)의 누액 손실을 막을 수 있어 보다 안정적인 성능을 발휘할 수 있다.As shown in FIG. 2, gelation of the electrolyte proceeds by formation of a
또한, 상기 겔 고분자 전해질(300)은 겔화로 인한 이온전도도의 감소를 방지하는 한편, 태양광의 산란 효과 효과를 증가시키기 위해 세라믹 입자(330)을 더 포함할 수 있다. 상기 세라믹 입자(330)는 상기 도 1을 참조하며 설명한 세라믹 입자와 동일하다.
In addition, the
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<제조예 1><Manufacture example 1>
전해질 전구체 용액 제조Preparation of Electrolyte Precursor Solution
에틸렌카보네이트/프로필렌카보네이트 혼합 용매(중량비 50:50)에 0.5M의 요오드화리튬(LiI), 0.05M의 요오드(I2) 및 0.5M의 4-tert-부틸 피리딘을 용해시켜 전해액을 제조하였다. 반응성 올리고머인 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르(PEGDGE, 수평균분자량: 526)와 폴리에틸렌이민(PEI, 수평균분자량: 423)을 50:50의 중량비로 혼합하고, 상기 전해액에 5 중량%의 농도로 용해시켜 겔 고분자 전해질의 전구체 용액을 제조하였다.
An electrolyte solution was prepared by dissolving 0.5 M of lithium iodide (LiI), 0.05 M of iodine (I 2 ), and 0.5 M of 4-tert-butyl pyridine in an ethylene carbonate / propylene carbonate mixed solvent (weight ratio 50:50). Polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDGE, number average molecular weight: 526) and polyethyleneimine (PEI, number average molecular weight: 423), which are reactive oligomers, were mixed at a weight ratio of 50:50, and the electrolyte solution had a concentration of 5% by weight. It was dissolved to prepare a precursor solution of the gel polymer electrolyte.
광전극Photoelectrode 제조 Produce
FTO가 코팅된 광투과성 유리 기판 위에 2 중량%의 타이타늄(Ⅳ) 아이소프로폭사이드(titanium(Ⅳ) isopropoxide)가 용해된 부탄올 용액을 스핀 코팅한 후 450℃에서 30분간 열처리함으로써 차단층(blocking layer)을 형성하였다. 상기 투명 전도성 전극 위에 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 코팅용 조성물(Ti-Nanoxide T20/SP, Solaronix)을 닥터블레이드법으로 도포하고, 450℃에서 30분 동안 열처리하여 10~15 ㎛ 두께의 TiO2 나노 산화물층을 형성하였다. 0.3 mM의 루테늄계 광감응형 염료인 N719(Solaronix사, cis-diisothiocyanato-bis(2,2’- bipyridyl-4,4’-dicarboxylato) ruthenium(II) bis(tetrabutylammonium))을 아세토니트릴과 t-부탄올 혼합 용매(중량비 50:50)에 녹여 염료 용액을 제조하였다. 염료 용액에 위에서 제조된 TiO2 전극을 30℃에서 18시간 담지한 후 건조시킴으로써, 염료가 흡착된 이산화티타늄을 포함하는 광전극을 제조하였다.
Blocking layer by spin-coating a butanol solution containing 2 wt% of titanium (IV) isopropoxide dissolved on an FTO-coated light-transmissive glass substrate and heat-processing at 450 ° C. for 30 minutes. ) Was formed. Coating composition (Ti-Nanoxide T20 / SP, Solaronix) comprising titanium dioxide (TiO 2 ) on the transparent conductive electrode by a doctor blade method, and heat-treated at 450 ℃ for 30 minutes to 10 ~ 15 ㎛ thick TiO 2 nano oxide layer was formed. 0.3 mM ruthenium-based photosensitive dye N719 (Solaronix, cis-diisothiocyanato-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato) ruthenium (II) bis (tetrabutylammonium)) was acetonitrile and t- It was dissolved in a butanol mixed solvent (weight ratio 50:50) to prepare a dye solution. The TiO 2 electrode prepared above in an dye solution was immersed at 30 ° C. for 18 hours and then dried to prepare a photoelectrode including titanium dioxide on which the dye was adsorbed.
상대전극 제조Counter electrode manufacturing
FTO가 코팅된 광투과성 유리 기판 위에 0.01 M의 육염화백금산(H2PtCl6)이 용해된 이소프로판올 용액을 스핀 코팅한 후, 450℃에서 30분 동안 열처리함으로써 백금층을 포함하는 상대전극을 제조하였다.
A counter electrode including a platinum layer was prepared by spin-coating an isopropanol solution in which 0.01 M chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) was dissolved on an FTO-coated optically transparent glass substrate, and then performing heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes. .
염료감응 태양전지의 제조Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell
제조된 광전극과 상대전극을 서로 대향하도록 한 후, 양 전극 사이에 60 ㎛ 두께의 hot melting film(SX 1170-60, Solaronix)을 삽입시킨 후, 90℃에서 10초간 열을 가하여 두 전극을 접착하였다. 여기에 미리 뚫어 놓은 구멍을 통해 위에서 제조된 전해질 전구체 용액을 주입한 후, 설린과 슬라이드 커버 글라스를 이용하여 구멍을 막았다. 다음, 50℃의 온도에서 2시간 동안 유지하여 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민의 화학 가교 반응을 진행시킴으로써, 최종적으로 전극과 전해질이 일체화된 염료감응 태양전지를 제조하였다.
After making the prepared photoelectrode and the counter electrode face each other, insert a 60 μm-thick hot melting film (SX 1170-60, Solaronix) between both electrodes, and heat the film at 90 ° C. for 10 seconds to bond the two electrodes. It was. The electrolyte precursor solution prepared above was injected through a hole previously drilled therein, and then the hole was closed using a sulfine and a slide cover glass. Next, by maintaining the temperature for 2 hours at 50 ℃ to proceed with the chemical crosslinking reaction of polyethylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine, finally, a dye-sensitized solar cell in which the electrode and the electrolyte is integrated.
<제조예 2><Manufacture example 2>
반응성 올리고머로 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르(PPGDGE, 수평균분자량: 380)와 폴리에틸렌이민(PEI, 수평균분자량: 423)을 50:50의 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
Except for using polypropylene glycol diglycidyl ether (PPGDGE, number average molecular weight: 380) and polyethyleneimine (PEI, number average molecular weight: 423) as a reactive oligomer in a weight ratio of 50:50, the preparation example Dye-sensitized solar cells were prepared in the same manner as in Example 1.
<비교예 1>Comparative Example 1
반응성 올리고머인 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민이 첨가되지 않은 액체 전해질만을 이용하여 염료감응 태양전지를 제조한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
A dye-sensitized solar cell was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the dye-sensitized solar cell was prepared using only a liquid electrolyte to which polyethylene glycol diglycidyl ether and polyethyleneimine were not added.
상기 제조예 1, 제조예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 성능은 제논 백색광과 AM 1.5 필터를 사용하여 100mW/cm2의 입사광 하에서 평가하였다.The performance of the dye-sensitized solar cells prepared in Preparation Example 1, Preparation Example 2, and Comparative Example 1 was evaluated under incident light of 100 mW / cm 2 using xenon white light and AM 1.5 filter.
도 3은 상기 제조예 1, 제조예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the current-voltage curve of the dye-sensitized solar cells prepared in Preparation Example 1, Preparation Example 2 and Comparative Example 1, respectively.
하기 표 1은 상기 제조예 1, 제조예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방전압(VOC), 충진계수(fill factor, FF) 및 효율을 나타낸 것이다.Table 1 shows the short-circuit current density (J SC ), the open voltage (V OC ), the fill factor (FF) and efficiency of the dye-sensitized solar cells prepared in Preparation Example 1, Preparation Example 2 and Comparative Example 1, respectively. It is shown.
(㎃/㎠)Short circuit current density
(㎃ / ㎠)
(V)Open-circuit voltage
(V)
상기 표 1을 참조하면, 겔 고분자 전해질을 사용한 제조예 1 및 제조예 2의 염료감응 태양전지는 액체 전해질만을 사용한 비교예 1의 염료감응 태양전지 보다 낮은 효율을 나타내는데, 이는 겔 고분자 전해질의 경우 액체 전해질이 가교 결합된 고분자 구조에 갇히게 되므로 이온전도도가 감소하게 되기 때문이다. 그러나, 그럼에도 불구하고 제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 태양전지의 효율은 비교적 높은 수치를 나타낸다.
Referring to Table 1, the dye-sensitized solar cells of Preparation Example 1 and Preparation Example 2 using the gel polymer electrolyte show a lower efficiency than the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1 using only the liquid electrolyte. This is because the electrolyte is trapped in the cross-linked polymer structure and thus the ion conductivity is reduced. Nevertheless, the efficiency of the solar cells produced in Preparation Example 1 and Preparation Example 2 shows a relatively high value.
<제조예 3><Manufacture example 3>
반응성 올리고머인 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르(PEGDGE, 수평균분자량: 526)와 폴리에틸렌이민(PEI, 수평균분자량: 423)을 50:50의 중량비로 혼합하여 전해액에 각각 0, 2, 4, 6 및 8 중량%의 농도로 용해시킨 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
Polyethyleneglycol diglycidyl ether (PEGDGE, number average molecular weight: 526) and polyethyleneimine (PEI, number average molecular weight: 423), which are reactive oligomers, were mixed in a weight ratio of 50:50 to 0, 2, 4, 6, respectively. And a dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that it was dissolved in a concentration of 8% by weight.
도 4는 상기 제조예 3에서 제조된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다(AM 1.5 조건 100mW/cm2).Figure 4 is a graph showing the current-voltage curve of the dye-sensitized solar cell prepared in Preparation Example 3 (AM 1.5 conditions 100mW / cm 2 ).
하기 표 2는 상기 제조예 3에서 제조된 염료감응 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방전압(VOC), 충진계수(fill factor, FF) 및 효율을 나타낸 것이다.Table 2 shows the short circuit current density (J SC ), the open circuit voltage (V OC ), the fill factor (FF) and the efficiency of the dye-sensitized solar cell manufactured in Preparation Example 3.
(㎃/㎠)Short circuit current density
(㎃ / ㎠)
(V)Open-circuit voltage
(V)
도 4및 상기 표 2를 참조하면, 반응성 올리고머의 함량이 증가할수록 태양전지의 효율이 감소함을 알 수 있는데, 이는 가교도가 증가함에 따라 전해질 내에서 이온들의 움직임이 감소하여 광전극과 상대전극 사이에서 발생하는 산화/환원쌍 이온(I-/I3 -)들이 원활히 운반되지 못하기 때문이다. 그러나, 전해액의 누액 방지를 위해 다른 고체 고분자 전해질 또는 물리적으로 겔화된 고분자 전해질을 사용하는 염료감응 태양전지에 비해서는 양호한 효율을 나타내는 것으로 사료된다. 고체 고분자 전해질 또는 물리적으로 겔화된 겔 고분자 전해질과는 달리, 본 제조예에 따른 화학적으로 겔화된 고분자 전해질의 경우 금속 산화물층을 이루는 금속 입자들 사이로 겔 전해질의 함침이 용이하여 전극과 전해질간의 계면 접착성 및 이온전도도를 높일 수 있기 때문이다. 다만, 전해액의 누액 방지에 의한 안정성 측면 및 이온전도도 측면을 모두 고려하면, 반응성 올리고머의 함량은 2 ~ 6 중량%로 함이 바람직하다.
Referring to FIG. 4 and Table 2, it can be seen that as the content of the reactive oligomer increases, the efficiency of the solar cell decreases. As the degree of crosslinking increases, the movement of ions in the electrolyte decreases, thereby increasing the efficiency between the photoelectrode and the counter electrode. oxidation / reduction pairs of ions generated in the (I - / I 3 -) are due to not be smoothly carried. However, it is considered to have good efficiency compared to dye-sensitized solar cells using other solid polymer electrolytes or physically gelled polymer electrolytes to prevent leakage of electrolyte solution. Unlike the solid polymer electrolyte or the physically gelled gel polymer electrolyte, the chemically gelled polymer electrolyte according to the present example can be easily impregnated with the gel electrolyte between the metal particles constituting the metal oxide layer, thereby making the interface adhesion between the electrode and the electrolyte. This is because the castle and ion conductivity can be increased. However, in consideration of both the stability side and the ion conductivity side by preventing leakage of the electrolyte solution, the content of the reactive oligomer is preferably 2 to 6% by weight.
<제조예 4>≪ Preparation Example 4 &
에틸렌카보네이트/프로필렌카보네이트 혼합 용매(중량비 50:50)에 0.5M의 요오드화리튬(LiI), 0.05M의 요오드(I2) 및 0.5M의 4-tert-부틸 피리딘을 용해시켜 전해액을 제조하였다. 반응성 올리고머인 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르(PEGDGE, 수평균분자량: 526)와 폴리에틸렌이민(PEI, 수평균분자량: 423)을 25:75의 중량비로 혼합하고, 상기 전해액에 5 중량%의 농도로 용해시켜 전해질 전구체 용액을 제조하였다. 다음, 상기 전해질 전구체 용액에 서브마이크론(submicron) 크기를 갖는 실리카 분말(TS-530, CAB-O-SIL)을 각각 0, 5, 10, 15 및 20 중량%의 첨가하여 균일하게 분산시켰다.An electrolyte solution was prepared by dissolving 0.5 M of lithium iodide (LiI), 0.05 M of iodine (I 2 ), and 0.5 M of 4-tert-butyl pyridine in an ethylene carbonate / propylene carbonate mixed solvent (weight ratio 50:50). Polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDGE, number average molecular weight: 526) and polyethyleneimine (PEI, number average molecular weight: 423), which are reactive oligomers, were mixed at a weight ratio of 25:75, and the electrolyte was added at a concentration of 5% by weight. It was dissolved to prepare an electrolyte precursor solution. Next, the silica precursor (TS-530, CAB-O-SIL) having a submicron size was added to the electrolyte precursor solution by 0, 5, 10, 15 and 20% by weight, respectively, to uniformly disperse the same.
상기 실리카 분말이 분산된 전해질 전구체 용액을 이용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다.
A dye-sensitized solar cell was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the electrolyte precursor solution in which the silica powder was dispersed was used.
하기 표 3은 상기 제조예 4에서 제조된 염료감응 태양전지의 단락전류밀도(JSC), 개방전압(VOC), 충진계수(fill factor, FF) 및 효율을 나타낸 것이다.Table 3 shows the short-circuit current density (J SC ), the open circuit voltage (V OC ), the fill factor (FF) and the efficiency of the dye-sensitized solar cell manufactured in Preparation Example 4.
(㎃/㎠)Short circuit current density
(㎃ / ㎠)
(V)Open-circuit voltage
(V)
상기 표 3을 참조하면, 이온전도도 개선 물질로 실리카 분말을 첨가함으로써 염료감응 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 특히, 실리카 함량이 10 중량%일 때 염료감응 태양전지의 효율이 최대값(6.24 %)을 가지며, 이는 비교예 1의 액체 전해질만을 사용한 염료감응 태양전지의 효율(5.93 %)보다 높은 값이다. 또한, 실리카 함량이 증가할수록 전지의 효율은 증가하다가 15 중량%에서 감소가 일어나며, 20 중량%에서 급격히 감소가 일어남을 알 수 있는데, 이는 많은 실리카 분말의 첨가로 인해 겔 고분자 전해질의 유연성이 떨어질 뿐 아니라 이온전도도가 다시 감소할 수 있기 때문이다. 따라서, 실리카 분말은 5 ~ 15 중량%로 첨가함이 바람직하며, 더 바람직하게는 5 ~ 10 중량%로 첨가할 수 있다.
Referring to Table 3, it can be seen that the efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved by adding silica powder as an ion conductivity improving material. In particular, when the silica content is 10% by weight, the efficiency of the dye-sensitized solar cell has a maximum value (6.24%), which is higher than the efficiency (5.93%) of the dye-sensitized solar cell using only the liquid electrolyte of Comparative Example 1. In addition, as the silica content increases, the battery efficiency increases and decreases at 15% by weight, and a sharp decrease occurs at 20% by weight. This is due to the addition of many silica powders, thereby decreasing the flexibility of the gel polymer electrolyte. This is because the ion conductivity may decrease again. Therefore, the silica powder is preferably added at 5 to 15% by weight, more preferably 5 to 10% by weight.
<분석예 1><Analysis Example 1>
시간의 경과에 따른 염료감응 태양전지의 안정성을 조사하기 위하여, 상기 제조예 4(실리카 함량 10 중량%) 및 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 효율을 시간 변화에 따라 측정하였다.In order to investigate the stability of the dye-sensitized solar cell over time, the efficiency of the dye-sensitized solar cell prepared in Preparation Example 4 (
도 5는 상기 제조예 4(실리카 함량 10 중량%) 및 상기 비교예 1에서 각각 제조된 염료감응 태양전지의 시간에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a change in efficiency with time of the dye-sensitized solar cells prepared in Preparation Example 4 (
도 5를 참조하면, 액체 전해질을 사용한 염료감응 태양전지(비교예 1)에 비해 인시츄 화학 가교 반응을 통해 제조된 겔 고분자 전해질을 사용한 염료감응 태양전지(제조예 4)의 성능이 보다 안정적임을 알 수 있다. 이는 전해액의 겔화가 진행됨에 따라 전해액이 그물 구조의 가교 고분자 내에 갇히게 되므로, 액체 전해질 시스템에 비해 전해액의 누액 손실에 의한 효율 저하를 감소시킬 수 있기 때문이다.
Referring to FIG. 5, the performance of the dye-sensitized solar cell (Preparation Example 4) using the gel polymer electrolyte prepared through in situ chemical crosslinking reaction was more stable than the dye-sensitized solar cell using the liquid electrolyte (Comparative Example 1). Able to know. This is because as the gelation of the electrolyte proceeds, the electrolyte is trapped in the crosslinked polymer having a mesh structure, and thus, the efficiency decrease due to leakage loss of the electrolyte can be reduced as compared with the liquid electrolyte system.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.In the above, 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 and changes by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention. You can change it.
Claims (9)
상기 광전극에 대향 배치되는 상대전극; 및
상기 광전극과 상기 상대전극 사이에 개재되며, 화학 가교 결합된 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르와 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산환환원 유도체를 함유한 겔 고분자 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지.A photoelectrode on the first conductive film and including a metal oxide layer on which the dye is adsorbed;
A counter electrode disposed to face the photo electrode; And
A dye-sensitized solar cell interposed between the photoelectrode and the counter electrode and comprising a gel polymer electrolyte containing a chemically crosslinked polyalkylene glycol diglycidyl ether, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent, and an acid reduction / reduction derivative. .
상기 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르는 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 염료감응 태양전지.The method of claim 1,
The polyalkylene glycol diglycidyl ether is at least any one selected from polyethylene glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
상기 겔 고분자 전해질은 세라믹 입자를 더 포함하는 염료감응 태양전지.The method of claim 1,
The gel polymer electrolyte further comprises a ceramic particle dye-sensitized solar cell.
상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3, 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 어느 한 성분을 함유하는 입자인 염료감응 태양전지.The method of claim 3,
The ceramic particle is a dye-sensitized solar cell which is a particle containing at least one component selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 , and zeolite. .
상기 광전극의 금속 산화물층과 상기 상대전극의 금속층이 대향되도록 이격 배치하는 단계;
상기 광전극과 상기 상대전극 사이의 공간에 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌이민, 비휘발성 유기용매 및 산환환원 유도체를 함유한 전해질 전구체 용액을 주입하는 단계; 및
상기 전해질 전구체 용액을 열처리하여 겔 고분자 전해질을 형성하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지 제조방법.Preparing a photoelectrode including a metal oxide layer adsorbed with a dye and a counter electrode including a metal layer, respectively;
Disposing the metal oxide layer of the photoelectrode and the metal layer of the counter electrode to face each other;
Injecting an electrolyte precursor solution containing polyalkylene glycol diglycidyl ether, polyethyleneimine, a nonvolatile organic solvent, and an acid reduction derivative into a space between the photoelectrode and the counter electrode; And
A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising heat treating the electrolyte precursor solution to form a gel polymer electrolyte.
상기 폴리알킬렌글리콜디글리시딜에테르는 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 염료감응 태양전지 제조방법.The method of claim 5,
The polyalkylene glycol diglycidyl ether is at least any one selected from polyethylene glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
상기 전해질 전구체 용액은 세라믹 입자를 더 포함하는 염료감응 태양전지 제조방법.The method of claim 5,
The electrolyte precursor solution further comprises a ceramic particle dye-sensitized solar cell manufacturing method.
상기 세라믹 입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3, Y2O3, 및 제올라이트 중에서 선택되는 적어도 어느 한 성분을 함유하는 입자인 염료감응 태양전지.
The method of claim 8,
The ceramic particle is a dye-sensitized solar cell which is a particle containing at least one component selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 , and zeolite. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100023084A KR101087849B1 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Dye-sensitized solar cell containing gel polymer electrolyte by in-situ chemical cross-linking reaction and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100023084A KR101087849B1 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Dye-sensitized solar cell containing gel polymer electrolyte by in-situ chemical cross-linking reaction and method for fabricating the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110104137A true KR20110104137A (en) | 2011-09-22 |
| KR101087849B1 KR101087849B1 (en) | 2011-11-30 |
Family
ID=44954976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100023084A KR101087849B1 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Dye-sensitized solar cell containing gel polymer electrolyte by in-situ chemical cross-linking reaction and method for fabricating the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101087849B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101381024B1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-04-07 | 건국대학교 산학협력단 | Dye-sensitized solar cell having polymer layer and preparation method thereof |
| KR101404622B1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-06-10 | 서울시립대학교 산학협력단 | Method for Producing DSSCs Using Electrodeposition technique |
| JP2017530533A (en) * | 2014-10-02 | 2017-10-12 | エルジー・ケム・リミテッド | Gel polymer electrolyte and lithium secondary battery including the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100825730B1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-29 | 한국전자통신연구원 | Die-sensitized solar cells including polymer electrolyte containing conductive particles suspended therein and method for manufacturing the same |
-
2010
- 2010-03-16 KR KR1020100023084A patent/KR101087849B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101381024B1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-04-07 | 건국대학교 산학협력단 | Dye-sensitized solar cell having polymer layer and preparation method thereof |
| KR101404622B1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-06-10 | 서울시립대학교 산학협력단 | Method for Producing DSSCs Using Electrodeposition technique |
| JP2017530533A (en) * | 2014-10-02 | 2017-10-12 | エルジー・ケム・リミテッド | Gel polymer electrolyte and lithium secondary battery including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101087849B1 (en) | 2011-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1606845B1 (en) | Photovoltaic cells utilizing mesh electrodes | |
| US7572974B2 (en) | Gel electrolytes for dye sensitized solar cells | |
| US7414188B2 (en) | Co-sensitizers for dye sensitized solar cells | |
| KR100869802B1 (en) | Electrolyte composition for dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell comprising same and method of preparing same | |
| US6858158B2 (en) | Low temperature interconnection of nanoparticles | |
| JP4119267B2 (en) | Photosensitized solar cell | |
| KR100947371B1 (en) | Dye-sensitized solar cells using wide wavelength range absorption nanostructure and method for preparing the same | |
| US20050019414A1 (en) | Low temperature interconnection of nanoparticles | |
| KR100978401B1 (en) | Multiple-dyes sensitized solar cells and method for preparing the same | |
| KR101406985B1 (en) | Polymer electrolytes composition and dye-sensitized solar cells containing the same | |
| KR101137379B1 (en) | Gel electrolyte for dye sensitized fuel cell and dye sensitized fuel cell including the same | |
| JP5006573B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| KR101087849B1 (en) | Dye-sensitized solar cell containing gel polymer electrolyte by in-situ chemical cross-linking reaction and method for fabricating the same | |
| KR101253563B1 (en) | Dye-sensitized solar cell including scattering layer containing colloid crystal, and preparing method of the same | |
| KR101054470B1 (en) | Dye-sensitized solar cell electrolyte and dye-sensitized solar cell using same | |
| KR101088676B1 (en) | Electrolyte for dye-sensitized solarcell comprising pyrrolidinium iodide based ionic liquid, dye-sensitized solarcell comprising the electrolyte and preparation method of the dye-sensitized solarcell | |
| KR101532421B1 (en) | Quasi-solid electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell containing the electrolyte | |
| JP4050535B2 (en) | Method for producing dye-sensitized solar cell | |
| KR101617173B1 (en) | Photoelectrode for dye-sensitized solar cell, and preparing method of the same | |
| KR101350381B1 (en) | Electrolyte composition containing cyclodextrin-based material, and dye-sensitized solar cell containing the same | |
| KR20210030537A (en) | Electrolyte having high transmittance and high stability and sensitized solar cell comprising the same | |
| KR20140019109A (en) | Dye sensitized solar cell, and manufacturing method thereof | |
| KR20130009003A (en) | Dye-sensitized solar cell including gel-type electrolyte, and preparing method of the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140923 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151012 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |