KR20210108663A - Dye-sensitized solar cell comprising hydrogel electrolyte and method for manufacturing the same - Google Patents

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유가희
이현영
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Abstract

Provided, in the present invention, is a manufacturing method of a dye-sensitized solar cell comprising: a step of preparing an aqueous solution for forming a hydrogel by adding a polymerization initiator to an aqueous solution wherein a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved in water; a step of injecting the aqueous solution for forming the hydrogel between the working electrode and the counter electrode provided to face the working electrode; and a step of coagulating the aqueous solution for forming the hydrogel to form a hydrogel film between the working electrode and the counter electrode. Therefore, the present invention is capable of having high transparency and flexibility.

Description

하이드로겔 전해질을 포함한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 {DYE-SENSITIZED SOLAR CELL COMPRISING HYDROGEL ELECTROLYTE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Dye-sensitized solar cell including hydrogel electrolyte and manufacturing method thereof

본 발명은 전해질로서 하이드로겔을 포함한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell including a hydrogel as an electrolyte and a method for manufacturing the same.

최근 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 대체 에너지원에 대한 관심이 급증하고 있으며, 그 중 태양 에너지를 이용한 태양전지는 다른 에너지원(원자력 에너지 등)과 달리 무한하고 환경 친화적이므로 각광을 받고 있다.Recently, interest in alternative energy sources that can replace existing fossil fuels is rapidly increasing, and among them, solar cells using solar energy are in the spotlight because they are infinite and environmentally friendly unlike other energy sources (nuclear energy, etc.).

태양전지는 1983년 Se 태양전지가 개발된 이후로 최근에는 실리콘 태양전지가 각광을 받고 있으나, 실리콘 태양전지는 제작 비용이 상당히 고가이어서 실용화가 어려운 문제가 있으며, 이러한 문제를 극복하기 위하여 제작 비용이 저렴한 염료감응형 태양전지에 대해 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.As for solar cells, since Se solar cells were developed in 1983, silicon solar cells have recently been in the spotlight, but silicon solar cells are very expensive to manufacture and therefore difficult to put into practical use. Research and development for inexpensive dye-sensitized solar cells is being actively carried out.

염료감응 태양 전지는 실리콘 태양 전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양 전지이다. 지금까지 알려진 염료감응 태양 전지 중 대표적인 예로는 스위스의 그라첼 등에 의해 발표된 것이 있다.Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are mainly composed of photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs and transition metal oxides that transfer the generated electrons. It is a photoelectrochemical solar cell. A representative example of the dye-sensitized solar cells known so far is the one published by Grazel et al. of Switzerland.

도 1은 종래 염료감응 태양 전지의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a conventional dye-sensitized solar cell.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래 염료감응 태양전지(1)는 작동전극(working electrode)(10)과, 상기 작동전극(10)과 대향하여 배설된 상대전극(counter electrode)(20), 그리고 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 개재된 전해질(30)을 포함하되, 상기 작동전극(10)의 일측에 광흡수층(13)이 배설될 수 있고, 광흡수층(13)은 일반적으로 황화카드뮴(CdS)와 같은 염료(dye)(12)를 흡착시킨 산화티타늄(TiO2)과 같은 금속산화물(11)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the conventional dye-sensitized solar cell 1 has a working electrode 10 , a counter electrode 20 disposed to face the working electrode 10 , and An electrolyte 30 interposed between the working electrode 10 and the counter electrode 20, but a light absorbing layer 13 may be disposed on one side of the working electrode 10, and the light absorbing layer 13 is generally As a cadmium sulfide (CdS) dye (dye) 12, such as adsorbed titanium oxide (TiO 2 ) It may include a metal oxide 11 such as.

염료(12)는 각각 중성(S), 전이 상태(S*) 및 이온 상태(S+)를 나타낼 수 있으며, 태양빛이 흡수되면 염료분자는 기저상태(S/S+)에서 여기상태(S*/S+)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 이루며, 여기상태의 전자는 금속산화물의 전도띠(또는 전도대)(Conduction Band: CB)로 이동한 후 작동전극(10)으로 확산되며, 작동전극(10)에 도달한 전자는 외부회로를 거쳐 상대전극(20)으로 이동함으로써 기전력을 발생할 수 있다.The dye 12 may exhibit a neutral (S), a transition state (S*) and an ionic state (S+), respectively, and when sunlight is absorbed, the dye molecule moves from a ground state (S/S+) to an excited state (S*/ S+) to form an electron-hole pair, and the excited electrons move to the conduction band (or conduction band) of the metal oxide (CB) and then diffuse to the working electrode 10 . The electrons reaching the working electrode 10 may generate an electromotive force by moving to the counter electrode 20 through an external circuit.

전자를 금속산화물에 빼앗긴 염료는 전해질(30)로부터 전자를 얻어 환원될 수 있다. 전해질(30)에서는 일 예로 요오드화물이온(iodide ion)이 요오드(iodine)로 산화되어 염료에 전자를 보충하고, 요오드는 상대전극(20)에 도달한 전자를 받아 요오드화물로 다시 환원될 수 있다.The dye having lost electrons to the metal oxide may be reduced by obtaining electrons from the electrolyte 30 . In the electrolyte 30 , for example, iodide ions are oxidized to iodine to supplement electrons in the dye, and iodine may receive electrons reaching the counter electrode 20 and be reduced back to iodide. .

전술한 산화환원과정이 반복됨으로써 태양전지가 동작하게 된다.By repeating the above-described redox process, the solar cell operates.

전술한 바와 같은 염료감응형 태양전지는 친환경적이고 유연하며, 기존의 실리콘 전지에 비하여 전력당 제조원가가 저렴하고 색상을 부여할 수 있음과 동시에 투명도를 확보할 수 있기 때문에 기존의 태양 전지를 대체할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 주목을 받아왔다.The dye-sensitized solar cell as described above is eco-friendly and flexible, has a lower manufacturing cost per power compared to the conventional silicon cell, can provide color and at the same time can secure transparency, so it can replace the existing solar cell. It has attracted attention because of its potential.

그러나 염료감응형 태양전지는 전해질(30)에 작동전극(10) 및 상대전극(20)을 부착하기 어렵고, 액체상태 전해질은 누액이나 휘발 가능성이 있어 태양전지의 발전효율이 낮아지고, 마침내는 수명을 다하게 만드는 요인이 됨으로써, 염료감응형 태양전지의 내구성에 치명적인 문제가 되고 있는 실정이다.However, in the dye-sensitized solar cell, it is difficult to attach the working electrode 10 and the counter electrode 20 to the electrolyte 30, and the liquid electrolyte has a possibility of leakage or volatilization, so that the power generation efficiency of the solar cell is lowered, and finally the lifespan By becoming a factor that makes it exhausted, it is a fatal problem for the durability of the dye-sensitized solar cell.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 기술 제시가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to present a technology for solving these problems.

KRUS 10-072208510-0722085 B1B1 KRUS 10-2019-001564210-2019-0015642 AA JPJP 2006-0734872006-073487 AA

본 발명은 높은 이온전도도와 높은 발전효율을 가진 액체 전해질의 장점과, 누액 가능성이 낮은 고체 전해질의 장점을 모두 가진 하이드로겔 전해질을 포함한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell including a hydrogel electrolyte having both advantages of a liquid electrolyte having high ionic conductivity and high power generation efficiency and a solid electrolyte having a low possibility of leakage, and a method for manufacturing the same.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 물에 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여, 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하는 단계, 작동전극과, 상기 작동전극과 대향하여 마련된 상대전극 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하는 단계, 및 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시켜, 상기 작동전극과 상기 상대전극 사이에 하이드로겔 막을 성형시키는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a step of preparing an aqueous solution for forming a hydrogel by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved in water, a working electrode, and a counter electrode provided opposite the working electrode A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising the steps of injecting the aqueous solution for molding the hydrogel between to provide.

또한, 본 발명은, 물에 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여, 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하는 단계, 작동전극 또는 상대전극과, 더미(dummy)기판 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하는 단계, 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시켜, 상기 작동전극 또는 상기 상대전극과, 상기 더미기판 사이에 하이드로겔 막을 성형시키는 단계, 및 상기 더미기판을 분리하고, 상기 하이드로겔 막의 노출된 면에 상기 상대전극 또는 상기 작동전극을 부착하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved in water to prepare an aqueous solution for forming a hydrogel, a working electrode or a counter electrode, and a dummy substrate between the hydrogel injecting an aqueous solution for molding, solidifying the aqueous solution for molding the hydrogel, forming a hydrogel film between the working electrode or the counter electrode, and the dummy substrate, and separating the dummy substrate, the hydrogel It provides a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising the step of attaching the counter electrode or the working electrode to the exposed surface of the membrane.

일 실시예에 따라, 상기 상대전극은, 기판 위에 전도성 물질이 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하되, 상기 전도성 물질은, 백금, 금, 카본 및 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.According to an embodiment, the counter electrode is formed by coating a conductive material on a substrate, wherein the conductive material is any one selected from the group consisting of platinum, gold, carbon and carbon nanotubes (CNT) or these may be a combination of

일 실시예에 따라, 상기 수용액을 주입하는 단계 이전에, 상기 작동전극의 일측 표면에, 염료가 코팅된 금속산화물을 가진 광흡수층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, before injecting the aqueous solution, the method may further include forming a light absorption layer having a metal oxide coated with a dye on one surface of the working electrode.

일 실시예에 따라, 상기 광흡수층을 형성하는 단계는, 부도체부재를 마련하는 단계, 상기 부도체부재가 개재된 상기 작동전극 및 상기 상대전극을 금속산화물이 용해된 용액에 침지시키는 단계, 상기 작동전극 및 상기 상대전극에 전압을 가하여, 상기 작동전극 및 상기 상대전극의 적어도 일 노출면에 상기 금속산화물을 코팅하는 단계, 및 상기 작동전극의 일측 표면에 코팅된 상기 금속산화물 상에 염료 용액을 도포하여 상기 광흡수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the forming of the light absorbing layer may include providing a non-conductive member, immersing the working electrode and the counter electrode having the non-conductive member interposed therebetween in a solution in which a metal oxide is dissolved, the working electrode and coating the metal oxide on the working electrode and at least one exposed surface of the counter electrode by applying a voltage to the counter electrode, and applying a dye solution on the metal oxide coated on one surface of the working electrode. It may include forming the light absorption layer.

일 실시예에 따라, 상기 금속산화물이 용해된 용액에 침지시키는 단계는, 유기용매인 아세틸아세톤에 상기 금속산화물인 TiO2를 용해시킨 용액을 마련하고, 상기 부도체부재가 개재된 상기 작동전극 및 상기 상대전극을 침지시킬 수 있다.According to one embodiment, the step of immersing in the solution in which the metal oxide is dissolved, a solution obtained by dissolving the metal oxide TiO 2 in acetylacetone as an organic solvent, the working electrode having the non-conductive member interposed therebetween, and the The counter electrode can be immersed.

일 실시예에 따라, 상기 수용액을 주입하는 단계 이전에, 상기 작동전극의 일측 표면에, 금속산화물을 가진 광흡수층을 형성하는 단계, 및 상기 광흡수층에 염료를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, before injecting the aqueous solution, the method may further include forming a light absorption layer having a metal oxide on one surface of the working electrode, and coating the light absorption layer with a dye. .

일 실시예에 따라, 요오드와 요오드화물이 함유된 전해질화 용액에 상기 하이드로겔 막을 침지시켜, 상기 하이드로겔 막에 요오드화 이온을 함침시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method may further include immersing the hydrogel membrane in an electrolyte solution containing iodine and iodide, and impregnating the hydrogel membrane with iodide ions.

일 실시예에 따라, 상기 더미기판을 분리하기 전에, 요오드와 요오드화물이 함유된 전해질화 용액에 상기 하이드로겔 막을 침지시켜, 상기 하이드로겔 막에 요오드화 이온을 함침시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, before separating the dummy substrate, the method may further include impregnating the hydrogel membrane with iodide ions by immersing the hydrogel membrane in an electrolyte solution containing iodine and iodide.

일 실시예에 따라, 상기 수용액에 중합개시제를 첨가하는 단계는, 가속제를 더 첨가할 수 있다.According to an embodiment, in the step of adding the polymerization initiator to the aqueous solution, an accelerator may be further added.

또한, 본 발명은, 작동전극, 상기 작동전극과 대향하여 배설된 상대전극, 상기 작동전극과 상기 상대전극 사이에 개재되는 전해질, 및 상기 작동전극과 상기 전해질 사이에 개재되되, 염료가 흡착된 금속산화물을 포함한 광흡수층을 포함하되, 상기 전해질은, 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하고, 상기 작동전극 및 상기 상대전극 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하여 응고시킴으로써 성형된 하이드로겔 막인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a working electrode, a counter electrode disposed to face the working electrode, an electrolyte interposed between the working electrode and the counter electrode, and a metal interposed between the working electrode and the electrolyte, to which a dye is adsorbed A light absorbing layer including an oxide, wherein the electrolyte is prepared by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved, and between the working electrode and the counter electrode for forming the hydrogel It provides a dye-sensitized solar cell, characterized in that the hydrogel film formed by coagulation by injecting an aqueous solution.

또한, 본 발명은, 작동전극, 상기 작동전극과 대향하여 배설된 상대전극, 상기 작동전극과 상기 상대전극 사이에 개재되는 전해질, 및 상기 작동전극과 상기 전해질 사이에 개재되되, 염료가 흡착된 금속산화물을 포함한 광흡수층을 포함하되, 상기 전해질은, 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하고, 상기 작동전극 또는 상기 상대전극과, 더미(dummy)기판 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하여 응고시킴으로써 성형된 하이드로겔 막인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a working electrode, a counter electrode disposed to face the working electrode, an electrolyte interposed between the working electrode and the counter electrode, and a metal interposed between the working electrode and the electrolyte, to which a dye is adsorbed A light absorption layer including an oxide, wherein the electrolyte is prepared by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved, the working electrode or the counter electrode, and a dummy substrate It provides a dye-sensitized solar cell, characterized in that the hydrogel membrane molded by injecting the aqueous solution for forming the hydrogel between the solidification.

본 발명에 따라 하이드로겔 전해질을 사용한 염료감응 태양전지는, 높은 이온전도도와 높은 발전효율을 가진 액체 전해질의 장점과, 누액 가능성이 낮은 고체 전해질의 장점을 모두 가질 수 있다.The dye-sensitized solar cell using the hydrogel electrolyte according to the present invention may have both the advantages of a liquid electrolyte having high ionic conductivity and high power generation efficiency and a solid electrolyte having a low possibility of leakage.

또한, 전해질로 하이드로겔을 사용함으로써 우수한 표면 접착력과 우수한 기계적 강도를 가져 전극과의 결합력을 높일 수 있고, 높은 투명성(또는 광투과율)과 유연성을 가질 수 있다.In addition, by using the hydrogel as an electrolyte, it has excellent surface adhesion and excellent mechanical strength, thereby increasing bonding strength with the electrode, and having high transparency (or light transmittance) and flexibility.

도 1은 종래 염료감응 태양 전지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 제조방법의 단계별 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수층을 형성하는 단계별 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 염료감응 태양전지의 전극에 금속산화물을 코팅하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 위에 전도성 물질을 코팅한 상대전극을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a conventional dye-sensitized solar cell.
2 is a step-by-step flowchart of a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a step-by-step flowchart of forming a light absorption layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a process of coating a metal oxide on an electrode of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a counter electrode coated with a conductive material on a substrate according to an embodiment of the present invention.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through preferred embodiments. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, since the configuration of the embodiments described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

염료감응 태양전지의 제조방법Method for manufacturing dye-sensitized solar cell

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 제조방법의 단계별 흐름도이다.2 is a step-by-step flowchart of a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 제조방법은, 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하는 단계(S110)와, 작동전극(10)과, 작동전극(10)과 대향하여 배설된 상대전극(20)을 마련하고, 상기 작동전극(10)과 상기 상대전극(20) 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하는 단계(S130)와, 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시켜, 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 하이드로겔 막을 성형시키는 단계(S140)를 포함함으로써, 하이드로겔 전해질을 포함한 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.As shown in FIG. 2, the method for preparing an electrolyte for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing an aqueous solution for forming a hydrogel (S110), a working electrode 10, and a working electrode ( Step (S130) of preparing a counter electrode 20 disposed to face 10) and injecting the aqueous solution for hydrogel molding between the working electrode 10 and the counter electrode 20 (S130), and the hydrogel molding By solidifying the aqueous solution to form a hydrogel film between the working electrode 10 and the counter electrode 20 (S140), a dye-sensitized solar cell including a hydrogel electrolyte can be manufactured.

즉 본 발명에 따라, 하이드로겔 성형용 수용액을 작동전극(10) 및 상대전극(20) 사이에 주입하고 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시킴으로써, 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 전해질로서 하이드로겔 막이 개재된 염료감응 태양전지를 제조하게 된다.That is, according to the present invention, by injecting the aqueous solution for hydrogel molding between the working electrode 10 and the counter electrode 20 and solidifying the aqueous solution for hydrogel molding, the electrolyte between the working electrode 10 and the counter electrode 20 As a result, a dye-sensitized solar cell having a hydrogel membrane interposed therebetween is prepared.

본 명세서에서 사용하는 용어 중 '하이드로겔 막'은 하이드로겔을 성형한 성형체를 가리키는 것으로, 염료감응 태양전지의 전해질로서 사용되는 하이드로겔이 박막이나 시트 따위의 형태를 갖기 때문에, 본 발명에 대한 용이한 설명을 위해 하이드로겔 막이라는 용어를 사용할 뿐, 본 발명의 범위를 막이나 시트(sheet) 따위와 같은 형태를 가진 하이드로겔에 한정하는 것은 아니다.Among the terms used in this specification, 'hydrogel membrane' refers to a molded article formed by forming a hydrogel, and since the hydrogel used as an electrolyte of a dye-sensitized solar cell has the form of a thin film or sheet, the ease of the present invention Only the term hydrogel membrane is used for description, but the scope of the present invention is not limited to a hydrogel having a shape such as a membrane or a sheet.

하이드로겔 성형용 수용액을 마련하는 단계(S110)는, 응고되어 하이드로겔로 성형되는 수용액을 마련하는 단계로서, 공지된 조성물 또는 공지된 제조방법에 따라 상기 수용액을 준비할 수 있으나, 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따라 염료감응 태양전지의 전해질로서 표면 접착력이 우수하고, 기계적 강도가 우수하며, 높은 광투과율 및 높은 유연성을 가질 수 있도록, 물에 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하고 이를 몰드에 캐스팅하여 성형함으로써 형성될 수 있다. 이때, 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제 이외에 가속제를 더 첨가할 수 있다.The step (S110) of preparing an aqueous solution for forming a hydrogel is a step of preparing an aqueous solution that is solidified and molded into a hydrogel, and the aqueous solution can be prepared according to a known composition or a known manufacturing method, but the preferred method of the present invention According to an embodiment, as an electrolyte for a dye-sensitized solar cell, a polymerization initiator is added to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved in order to have excellent surface adhesion, excellent mechanical strength, high light transmittance and high flexibility. And it can be formed by casting it to a mold and molding it. In this case, in addition to the polymerization initiator, an accelerator may be further added to the aqueous solution in which the water-soluble polymer and the crosslinking agent are dissolved.

수용성고분자는 알긴산, 키토산, 알지네이트(alginate), 덱스트란(dextran), 산화 덱스트란(oxidized dextran), 헤파란(heparan), 헤파린(heparin), 히알루론산(hyaluronic acid), 아가로스(agarose), 카라기난(carageenan), 아밀로펙틴(amylopectin), 아밀로즈(amylose), 글리코겐(glycogen), 전분, 셀룰로오스, 키틴, 헤파란 설페이트(heparan sulfate), 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulfate), 덱스트란 설페이트(dextran sulfate), 데르마탄설페이트(dermatan sulfate), 케라탄 설페이트(keratan sulfate), 펙틴(pectins), 잔탄검(xanthan Gum), 카르복시메틸셀룰로오즈, 아크릴아미드의 단독 및 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐알코올, 폴리비닐알코올-폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리하이드록시에틸아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있으며, 이와 같은 천연 및 합성 수용성고분자는 바람직하게 평균분자량이 100 ~ 1,000,000 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 700 ~ 200,000의 범위 내일 수 있다.Water-soluble polymers include alginic acid, chitosan, alginate, dextran, oxidized dextran, heparan, heparin, hyaluronic acid, agarose, Carrageenan, amylopectin, amylose, glycogen, starch, cellulose, chitin, heparan sulfate, chondroitin sulfate, dextran sulfate, Dermatan sulfate, keratan sulfate, pectins, xanthan gum, carboxymethylcellulose, homo and copolymers of acrylamide, polyacrylic acid, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol , polyvinyl alcohol-polyvinyl acetate copolymer, poly(N-vinylpyrrolidone), may be any one selected from the group consisting of polyhydroxyethyl acrylate, or a combination thereof, and such natural and synthetic water-soluble polymers are Preferably, the average molecular weight may be in the range of 100 to 1,000,000, more preferably in the range of 700 to 200,000.

구체적인 일 실시예에 따라, 물(또는 탈이온수)에 아크릴아미드(Acrylamide)와 소듐 알지네이트(Sodium Alginate)를 용해시킬 수 있으며, 이때 물, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트는 각각 80 ~ 90 중량부, 10 ~ 15 중량부 및 0.01 ~ 0.5 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 물, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트는 각각 각각 85 ~ 90 중량부, 12 ~ 13 중량부 및 0.4 ~ 0.5 중량부일 수 있다.According to a specific embodiment, acrylamide and sodium alginate may be dissolved in water (or deionized water), wherein 80 to 90 parts by weight of water, acrylamide and sodium alginate, respectively, 10 to 15 parts by weight and 0.01 to 0.5 parts by weight are preferable, and more preferably, water, acrylamide and sodium alginate may be 85 to 90 parts by weight, 12 to 13 parts by weight, and 0.4 to 0.5 parts by weight, respectively.

여기서, 상기 물의 함유율은, 전술한 바와 같이, 80 ~ 90 중량부인 것이 좋다. 만약 물의 함유율이 80 중량부 미만이면, 하이드로겔의 흡습성이 강해져, 하이드로겔이 경시적으로 변질되는 경우가 있고, 또 물의 함유율이 80 중량부를 초과하면, 건조에 의한 점착성 하이드로겔의 수축이나, 물성의 변화를 발생시키는 경우가 있다.Here, the content of water is preferably 80 to 90 parts by weight, as described above. If the content of water is less than 80 parts by weight, the hygroscopicity of the hydrogel becomes strong, and the hydrogel may deteriorate with time, and if the content of water exceeds 80 parts by weight, shrinkage of the adhesive hydrogel due to drying or physical properties may cause changes in

이후 상기 수용액에 중합 개시제를 첨가하거나, 이에 가교제를 더 첨가할 수 있다.Thereafter, a polymerization initiator may be added to the aqueous solution, or a crosslinking agent may be further added thereto.

중합 개시제는 광라디칼 중합 개시제 또는 열라디칼 중합 개시제일 수 있고, 여기서 광라디칼 중합 개시제는, 특별히 한정하지 않으나, 일 예로 α-히드록시케톤, α-아미노케톤, 벤질메틸케탈, 비스아실포스핀옥사이드, 메탈로센 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-프로판-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-메틸-1-[(메틸티오)페닐]-2-몰포리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-몰포리노페닐)-부탄-1-온 등 일 수 있다. 이들 광라디칼 개시제는 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상이 조합되어도 좋다.The polymerization initiator may be a photo-radical polymerization initiator or a thermal radical polymerization initiator, wherein the photo-radical polymerization initiator is not particularly limited, but for example, α-hydroxyketone, α-aminoketone, benzylmethyl ketal, bisacylphosphine oxide , metallocene, etc., more specifically 1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-propan-1-one, 2-hydroxy-2 -Methyl-1-phenyl-propan-1-one, 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2-methyl-1-[(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-one, 2 -benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butan-1-one and the like. These photoradical initiators may be used independently and 2 or more types may be combined.

또한, 열라디칼 중합 개시제 역시 특별히 한정하지 않으며, 일 예로 과산화벤조일 등의 유기 과산화물, 아조비스이소부티로니트릴 등의 아조계 중합 개시제, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염, 2,2-아조비스아미디노프로판이염산염 등의 아조화합물일 수 있다.In addition, the thermal radical polymerization initiator is also not particularly limited. For example, organic peroxides such as benzoyl peroxide, azo polymerization initiators such as azobisisobutyronitrile, potassium persulfate, persulfates such as ammonium persulfate, 2,2- It may be an azo compound such as azobisamidinopropane dihydrochloride.

본 발명의 일 실시예에 따라 중합 개시제의 함유율은 특별히 한정하지 않으나, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트의 상기 수용액 대비 0.01 ~ 1 중량부인 것이 바람직하다. 만약 중합 개시제의 함유율이 0.01 중량부 미만이면, 중합 반응이 충분히 진행되지 않으며, 중합 개시제의 함유율이 1 중량부를 초과하면, 중합 반응 후의 중합 개시제의 잔류물에 의해, 얻어지는 하이드로겔이 변색(황변)되거나 악취를 띠는 경우가 있다.According to an embodiment of the present invention, the content of the polymerization initiator is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1 part by weight compared to the aqueous solution of acrylamide and sodium alginate. If the content of the polymerization initiator is less than 0.01 parts by weight, the polymerization reaction does not proceed sufficiently, and if the content of the polymerization initiator exceeds 1 part by weight, the resulting hydrogel is discolored (yellowing) due to the residue of the polymerization initiator after the polymerization reaction. or it may have a foul odor.

보다 바람직하게 상기 중합 개시제 함유율은 0.05 ~ 0.5 중량부일 수 있다.More preferably, the content of the polymerization initiator may be 0.05 to 0.5 parts by weight.

또한, 중합 개시제 이외에 상기 수용액에 가교제를 더 첨가할 수 있으며, 가교제는 특별히 한정하지 않으나, 바람직한 일 실시예에 따라 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드를 사용하여 상기 수용액에 용해시킬 수 있다.In addition, a crosslinking agent may be further added to the aqueous solution in addition to the polymerization initiator, and the crosslinking agent is not particularly limited, but may be dissolved in the aqueous solution using N,N'-methylenebisacrylamide according to a preferred embodiment.

가교제의 종류를 특별히 한정하지 않지만, 분자 내에 중합성을 갖는 이중 결합을 2개 이상 갖는 것이 바람직하고, 일 예로 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이드, 테트라(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 등일 수 있으며, 이들 화합물은 단독 또는 2종 이상이 조합되어도 좋다.Although the type of the crosslinking agent is not particularly limited, it is preferable to have two or more polymerizable double bonds in the molecule, and examples thereof include N,N'-methylenebisacrylamide, diethylene glycol diacrylate and dimethacrylate, Ethylene glycol diacrylate and dimethacrylate, tetra(ethylene glycol) diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, divinylbenzene, trimethylolpropane triacrylate, and poly(ethylene glycol) diacrylate etc., and these compounds may be used alone or in combination of two or more.

본 발명의 일 실시예에 따라 가교제의 함유율은, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트의 상기 수용액 대비 0.001 ~ 0.05 중량부, 더욱 바람직하게는 0.0015 ~ 0.02 중량부일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the content of the crosslinking agent may be 0.001 to 0.05 parts by weight, more preferably 0.0015 to 0.02 parts by weight, relative to the aqueous solution of acrylamide and sodium alginate.

한편, 작동전극(10) 및 상대전극(20)을 마련할 수 있다(S115).Meanwhile, the working electrode 10 and the counter electrode 20 may be provided (S115).

작동전극(10)은 기판 위에 전도성 물질이 코팅되어 형성된 것일 수 있다. 여기서 기판은 바람직하게 투명성을 갖고 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는 석영이나 유리와 같은 투명 무기 기판이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 투명 폴리머 기판일 수 있다.The working electrode 10 may be formed by coating a conductive material on a substrate. Here, the substrate is not particularly limited as long as it preferably has transparency. Specifically, it may be a transparent inorganic substrate such as quartz or glass, or a transparent polymer substrate such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polystyrene, or polypropylene. have.

작동전극(10)의 기판 상에 코팅되는 전도성 물질로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니다.Conductive materials coated on the substrate of the working electrode 10 include indium tin oxide (ITO), fluorine doped tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 and the like may be exemplified, but not necessarily limited thereto.

또한, 상대전극(20)은 도전성 물질이면 어느 것이어도 무방하고, 절연성 물질이라도 작동전극(10)을 향하고 있는 일측에 도전층이 형성되어 있으면 이것도 족하다. In addition, the counter electrode 20 may be any conductive material, and even if it is an insulating material, it is sufficient if the conductive layer is formed on one side facing the working electrode 10 .

즉, 절연성 기판의 일 표면은 전극으로서 개질될 수 있으며, 이때 전기화학적으로 안정한 재료를 전극으로서 사용하는 것이 바람직하며, 구체적인 예로서 백금, 금, 루테늄, 팔라듐, 전도성 고분자 및 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있으며, 이때 상기 전도성 고분자로는 PEDOT-PSS((폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))-(폴리(스티렌설포네이트))), 폴리아닐린CSA, 펜타센, 폴리아세틸렌, P3HT(폴리(3-헥실티오펜), 폴리실록산 카르바졸, 폴리아닐린, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리(1-메톡시-4-(0-디스퍼스레드1)-2,5-페닐렌-비닐렌, 폴리인돌, 폴리카르바졸, 폴리피리디아진, 폴리이소티아나프탈렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐피리딘, 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리피리딘, 폴리피롤, 폴리설퍼나이트라이드 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 또 상기 탄소계 물질로는 활성탄, 흑연, 카본 나노튜브, 카본블랙, 그라펜 또는 이들의 혼합물일 수 있다.That is, one surface of the insulating substrate may be modified as an electrode, and in this case, it is preferable to use an electrochemically stable material as the electrode, and specific examples include platinum, gold, ruthenium, palladium, a conductive polymer and a carbon-based material. It may be one or more selected from, In this case, the conductive polymer is PEDOT-PSS ((poly(3,4-ethylenedioxythiophene))-(poly(styrenesulfonate))), polyaniline CSA, pentacene, polyacetylene , P3HT (poly(3-hexylthiophene), polysiloxane carbazole, polyaniline, polyethylene oxide, poly(1-methoxy-4-(0-disperse 1)-2,5-phenylene-vinylene, poly Group consisting of indole, polycarbazole, polypyridazine, polyisotianaphthalene, polyphenylene sulfide, polyvinylpyridine, polythiophene, polyfluorene, polypyridine, polypyrrole, polysulfurnitride and copolymers thereof may be one or more selected from, and the carbon-based material may be activated carbon, graphite, carbon nanotube, carbon black, graphene, or a mixture thereof.

일 예로서, 탄소나노튜브를 이용하여 상대전극(20)으로 개질시킨 ITO glass의 이미지를 도 5(b)에 나타내었다.As an example, an image of ITO glass modified with the counter electrode 20 using carbon nanotubes is shown in FIG. 5( b ).

다음으로, 작동전극(10), 및 작동전극(10)과 대향하여 마련된 상대전극(20) 사이에 하이드로겔 성형용 수용액을 주입할 수 있다(S130).Next, an aqueous solution for hydrogel molding may be injected between the working electrode 10 and the counter electrode 20 provided to face the working electrode 10 (S130).

즉 본 발명의 일 실시예에 따라 작동전극(10)과, 이로부터 소정 거리만큼 이격된 상대전극(20) 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입(S130)하고, 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시킴으로써, 상기 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 전해질로서 성형된 하이드로겔 막이 개재될 수 있다(S140).That is, according to an embodiment of the present invention, the aqueous solution for hydrogel molding is injected (S130) between the working electrode 10 and the counter electrode 20 spaced apart by a predetermined distance therefrom, and the aqueous solution for hydrogel molding is solidified. By doing so, a hydrogel membrane formed as an electrolyte may be interposed between the working electrode 10 and the counter electrode 20 (S140).

상기 하이드로겔 성형용 수용액이 주입되는 작동전극(10)과 상대전극(20)이 몰드(mould)로서, 마주하는 적어도 두 면을 이룰 수 있다.The working electrode 10 and the counter electrode 20 into which the aqueous solution for hydrogel molding is injected is a mold, and may form at least two surfaces facing each other.

상기 주입된 하이드로겔 성형용 수용액의 반응속도를 증가시키기 위해 첨가하는 촉매로서의 가속제를 상기 하이드로겔 성형용 수용액에 첨가할 수 있다.An accelerator as a catalyst added to increase the reaction rate of the injected aqueous solution for molding the hydrogel may be added to the aqueous solution for molding the hydrogel.

여기서, 가속제는 특별히 한정하지 않으나, 바람직한 일 실시예에 따라 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민을 사용하여 상기 하이드로겔 성형용 수용액에 용해시킬 수 있다.Here, the accelerator is not particularly limited, but may be dissolved in the aqueous solution for forming the hydrogel using N,N,N',N'-tetramethylenediamine according to a preferred embodiment.

본 발명의 일 실시예에 따라 가속제의 함유율은 특별히 한정하지 않으나, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트의 수용액 대비 0.01 ~ 0.05 중량부, 바람직하게는 0.03 ~ 0.04 중량부일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the content of the accelerator is not particularly limited, but may be 0.01 to 0.05 parts by weight, preferably 0.03 to 0.04 parts by weight, relative to the aqueous solution of acrylamide and sodium alginate.

가속제 용해 후에는 겔(gel)화가 빠르게 이루어질 수 있으며, 이때 염료감응 태양전지의 전해질의 두께를 조절하기 위해 상기 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이의 간극을 조절할 수 있으며, 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이의 간극은 작동전극(10)과 상대전극(20)이 서로 직접 접하지 않는 조건에서 좁을수록 이온 저항성이 낮아지기 때문에 발전 효율이 높아진다.After dissolution of the accelerator, gelation can be performed quickly. In this case, the gap between the working electrode 10 and the counter electrode 20 can be adjusted to control the thickness of the electrolyte of the dye-sensitized solar cell, and the working electrode As the gap between (10) and the counter electrode 20 is narrower under the condition that the working electrode 10 and the counter electrode 20 are not in direct contact with each other, the ion resistance is lowered, and thus the power generation efficiency is increased.

제작안전성과 효율을 고려하여 작동전극(10)과 상대전극(20)에 코팅된 전극 물질의 표면과 표면 사이의 거리가 10 ㎛ ~ 20 ㎛인 것이 바람직하며, 전극의 면적이 넓으면 상기 간극의 거리가 더 넓어질 수 있으나 최대 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.In consideration of manufacturing safety and efficiency, the distance between the surface and the surface of the electrode material coated on the working electrode 10 and the counter electrode 20 is preferably 10 μm to 20 μm. The distance may be wider, but preferably at most 100 μm or less.

이때 가속제에 의한 겔(gel)화 반응을 촉진하기 위해 가열을 할 수 있으며, 열처리 과정 중 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민의 반응을 촉진하기 위해 UV 라이트를 이용하여 자외선(UV)을 조사할 수 있다.At this time, heating can be performed to promote the gelation reaction by the accelerator, and UV light is used to promote the reaction of N,N,N',N'-tetramethylenediamine during the heat treatment process. UV) can be irradiated.

상기 열처리 과정은 30 내지 60℃의 건조기에서 0.5 ~ 5시간, 바람직하게는 50℃에서 1 ~ 3시간 열처리를 할 수 있으며, 열처리 과정 중 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민의 반응을 촉진하기 위해 UV 라이트를 이용할 수 있다.The heat treatment process may be performed in a dryer at 30 to 60° C. for 0.5 to 5 hours, preferably at 50° C. for 1 to 3 hours, and during the heat treatment process, the reaction of N,N,N′,N′-tetramethylenediamine UV light can be used to promote

이때 성형되는 하이드로겔 막과 마주하는 상기 작동전극(10) 및/또는 상기 상대전극(20)의 표면의 적어도 일부에는 접촉면적을 넓혀 탈리를 방지하기 위해, 다수의 요홈이 형성될 수 있다.At this time, a plurality of grooves may be formed in at least a portion of the surface of the working electrode 10 and/or the counter electrode 20 facing the hydrogel film to be formed to increase the contact area to prevent detachment.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 상기 작동전극(10) 및 상대전극(20) 사이에 주입(S130)하기 전에, 상기 작동전극(10)의 일측 표면에 염료가 코팅된 금속산화물을 가진 광흡수층을 형성하는 단계(S120)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, before injecting (S130) the aqueous solution for forming the hydrogel between the working electrode 10 and the counter electrode 20, a dye on one surface of the working electrode 10 Forming a light absorption layer having a metal oxide coated with ( S120 ) may be further included.

광흡수층(13)은 작동전극(10)의 일측 표면에 형성되는 것으로, 염료(12)가 코팅된 금속산화물(11)을 포함할 수 있다.The light absorption layer 13 is formed on one surface of the working electrode 10 , and may include a metal oxide 11 coated with a dye 12 .

상기 작동전극(10)의 일측 표면에 염료가 코팅된 금속산화물을 포함한 광흡수층(13)을 형성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3 및 4에 도시한 바와 같이, 작동전극(10), 상대전극(20), 그리고 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 개재된 부도체부재(40)를 마련(S121)하고, 부도체부재(40)가 사이에 개재되어 있는 상기 작동전극(10) 및 상대전극(20)을 금속산화물이 용해된 용액(50)에 침지시키고(S122), 작동전극(10) 및 상대전극(20)에 전압(V)을 가하여, 작동전극(10) 및 상대전극(20)의 적어도 일 노출면에 상기 금속산화물을 코팅할 수 있다.In order to form a light absorption layer 13 including a metal oxide coated with a dye on one surface of the working electrode 10, according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, the working electrode ( 10), a counter electrode 20, and a non-conductive member 40 interposed between the working electrode 10 and the counter electrode 20 is provided (S121), and the non-conductive member 40 is interposed therebetween. The electrode 10 and the counter electrode 20 are immersed in the solution 50 in which the metal oxide is dissolved (S122), and a voltage V is applied to the working electrode 10 and the counter electrode 20, so that the working electrode 10 ) and at least one exposed surface of the counter electrode 20 may be coated with the metal oxide.

여기서, 금속산화물은 주석(Sn)산화물, 안티몬(Sb), 나이오븀(Nb) 또는 불소 도핑된 주석(Sn)산화물, 인듐(In)산화물, 주석 도핑된 인듐(In)산화물, 아연(Zn)산화물, 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 수소(H), 인듐(In), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 실리콘(Si) 또는 주석(Sn) 도핑된 아연(Zn)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 캐드뮴(Cd)산화물, 마그네슘아연(MgZn)산화물, 인듐아연(InZn)산화물, 구리알루미늄(CuAl)산화물, 실버(Ag)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 아연주석산화물(ZnSnO), 티타늄산화물(TiO2) 및 아연인듐주석(ZIS)산화물, 니켈(Ni)산화물, 로듐(Rh)산화물, 루세늄(Ru)산화물, 이리듐(Ir)산화물, 구리(Cu)산화물, 코발트(Co)산화물, 텅스텐(W)산화물, 티타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 란타넘(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브데넘(Mo)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트늄(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물 및 스트론튬타이타늄(SrTi)산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 입자 형태의 산화티탄(TiO2)일 수 있다.Here, the metal oxide is tin (Sn) oxide, antimony (Sb), niobium (Nb) or fluorine-doped tin (Sn) oxide, indium (In) oxide, tin-doped indium (In) oxide, zinc (Zn) Oxide, aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), hydrogen (H), indium (In), yttrium (Y), titanium (Ti), silicon (Si) or tin (Sn) doped zinc ( Zn) oxide, magnesium (Mg) oxide, cadmium (Cd) oxide, magnesium zinc (MgZn) oxide, indium zinc (InZn) oxide, copper aluminum (CuAl) oxide, silver (Ag) oxide, gallium (Ga) oxide, Zinc tin oxide (ZnSnO), titanium oxide (TiO2) and zinc indium tin (ZIS) oxide, nickel (Ni) oxide, rhodium (Rh) oxide, ruthenium (Ru) oxide, iridium (Ir) oxide, copper (Cu) Oxide, cobalt (Co) oxide, tungsten (W) oxide, titanium (Ti) oxide, zirconium (Zr) oxide, strontium (Sr) oxide, lanthanum (La) oxide, vanadium (V) oxide, molybdenum (Mo) ) oxide, niobium (Nb) oxide, aluminum (Al) oxide, yttium (Y) oxide, scandium (Sc) oxide, samarium (Sm) oxide and strontium titanium (SrTi) oxide may be at least one selected from the group consisting of However, the present invention is not limited thereto, and may be titanium oxide (TiO 2 ) in the form of particles according to a preferred embodiment of the present invention.

더욱 바람직하게, 상기 금속산화물은 전자가 용이하게 통과하기 위하여 평균입경 10 내지 100 nm의 나노입자인 것이 바람직하다.More preferably, the metal oxide is preferably nanoparticles having an average particle diameter of 10 to 100 nm in order for electrons to easily pass therethrough.

일 예로서, TiO2를 이용하여 금속산화물층으로 표면을 개질시킨 ITO glass의 이미지를 도 5(a)에 나타내었다.As an example, an image of ITO glass surface-modified with a metal oxide layer using TiO 2 is shown in FIG. 5( a ).

금속산화물을 용해시키기 위한 용매는 물, 유기 용매, 물-유기 혼합 용매 및 폴리머 매질 중에서 선택될 수 있다. 상기 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아마이드(DMF), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 아세틸아세톤, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 및 이들의 조합 중에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 폴리머 매질은, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 등의 수용성 폴리머 또는 그의 수용액을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent for dissolving the metal oxide may be selected from water, an organic solvent, a water-organic mixed solvent and a polymer medium. The organic solvent is methanol, ethanol, butanol, cyclohexane, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acetylacetone, dimethylacetamide (DMAc) and It may be selected from combinations thereof, but is not limited thereto, and the polymer medium may include, but is not limited to, a water-soluble polymer such as polyethylene oxide (PEO) or an aqueous solution thereof.

금속산화물이 용해된 용액(50)은 코팅의 흡착도, 균일도 등을 향상시키기 위해 pH를 3 ~ 5, 바람직하게는 4로 조정할 수 있으며, 이를 위해 염화수소(HCl) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 적절히 첨가할 수 있다. 입자에 따라서 유기용매 또는 수용액을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있으며 pH의 조절 없이 사용할 수 있다. The solution 50 in which the metal oxide is dissolved may have a pH of 3 to 5, preferably 4, to improve the adsorption degree, uniformity, etc. of the coating, and for this purpose, hydrogen chloride (HCl) or sodium hydroxide (NaOH) is appropriately used can be added. Depending on the particle, an organic solvent or aqueous solution can be used alone or mixed, and can be used without adjusting the pH.

상기 작동전극(10)과 상대전극(20)에 가해지는 전압과, 전압의 인가시간은 특별히 한정하지 않으나, 바람직하게는 1 ~ 5V의 직류전압, 더욱 바람직하게는 2 ~ 4V의 직류전압을, 3 ~ 20분 동안, 바람직하게는 5 ~ 10분 동안 인가할 수 있다.The voltage applied to the working electrode 10 and the counter electrode 20 and the application time of the voltage are not particularly limited, but preferably a DC voltage of 1 to 5V, more preferably a DC voltage of 2 to 4V, It can be applied for 3 to 20 minutes, preferably for 5 to 10 minutes.

부도체부재(40)는 절연성의 부피가 있는 덩어리로서, 부도체부재(40)가 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 밀착하여 개재시키고, 이를 금속산화물이 용해된 용액에 침지시켜, 부도체부재(40)와 마주하는 작동전극(10) 및 상대전극(20)의 표면에는 금속산화물이 흡착되지 않도록 할 수 있다.The non-conductive member 40 is an insulating bulky mass, and the non-conductive member 40 is interposed in close contact between the working electrode 10 and the counter electrode 20, and is immersed in a solution in which a metal oxide is dissolved. The metal oxide may not be adsorbed on the surfaces of the working electrode 10 and the counter electrode 20 facing the member 40 .

이후, 작동전극(10)의 일측 표면에 코팅된 금속산화물(11) 상에 염료 용액을 도포함으로써 광흡수층(13)을 형성할 수 있다. 이와 달리, 작동전극(10)의 일측 표면에 코팅된 금속산화물을 염료 용액에 20시간 ~ 30시간, 바람직하게는 24시간 침지하여 광흡수층(13)을 형성할 수도 있다.Thereafter, the light absorption layer 13 may be formed by applying a dye solution on the metal oxide 11 coated on one surface of the working electrode 10 . Alternatively, the light absorption layer 13 may be formed by immersing the metal oxide coated on one surface of the working electrode 10 in a dye solution for 20 to 30 hours, preferably 24 hours.

염료는 염료감응 태양전지에서 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 루테늄착물이 바람직하다. 그러나 전하 분리기능을 갖고 감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 루테늄 착물 이외에도 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카프리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환퀴논계 색소 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 루테늄 착물로서는 RuL2(SCN)2, RuL2(H2O)2, RuL3, RuL2 등을 사용할 수 있다(식 중, L은 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 등을 나타낸다).The dye is not particularly limited as long as it is generally used in a dye-sensitized solar cell, but a ruthenium complex is preferable. However, it is not particularly limited as long as it has a charge separation function and exhibits a sensitization action. In addition to the ruthenium complex, xanthine-based pigments such as rhodamine B, rose bengal, eosin, and erythrosine, cyanine-based pigments such as quinocyanine and cryptocyanin, and pe Basic dyes such as nosafranin, capri blue, thiosine, and methylene blue, porphyrin-based compounds such as chlorophyll, zinc porphyrin, and magnesium porphyrin, other azo dyes, phthalocyanine compounds, complex compounds such as Ru trisbipyridyl, anthraquinone pigments , polycyclic quinone-based pigments, and the like, and these may be used alone or in combination of two or more. As the ruthenium complex, RuL2(SCN)2, RuL2(H2O)2, RuL3, RuL2, etc. can be used (wherein L is 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate, etc.) indicate).

상기 염료 용액은 상기 염료를 물(또는 탈이온수)에 용해하여 열처리 후 식혀 마련할 수 있다. 일 예로, 루테늄계 염료로서 N719를 0.3mM의 농도로 용해하여 사용할 수 있다. 염료를 용해하는 용매는 아세토니트릴 또는 에탄올을 사용하거나, 아세토니트릴 또는 에탄올을 1:1 비율로 혼합한 것일 수 있다. 이때, 염료의 농도는 바람직하게 1×10-4M ~ 0.02M 인것이 좋다.The dye solution may be prepared by dissolving the dye in water (or deionized water) and cooling it after heat treatment. For example, as a ruthenium-based dye, N719 may be dissolved at a concentration of 0.3 mM and used. The solvent for dissolving the dye may be acetonitrile or ethanol, or a mixture of acetonitrile or ethanol in a 1:1 ratio. In this case, the concentration of the dye is preferably 1×10 -4 M ~ 0.02M.

이렇게 마련된 광흡수층(13)이 형성된 작동전극(10)과, 상대전극(20)을 서로 마주하도록 이격 배치한 상태로 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입(S130)시키고, 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시킴으로써 하이드로겔 막의 전해질이 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 마련된 염료감응 태양전지(1)를 제조할 수 있다. 이때 작동전극(10)과 상대전극(20)을 마주 배치할 때, 상기 광흡수층(13)이 상기 상대전극(20)을 향하도록 배치되도록 하여야 함은 물론이다.The aqueous solution for forming the hydrogel is injected (S130) in a state where the working electrode 10 on which the light absorption layer 13 is formed and the counter electrode 20 are spaced apart to face each other (S130), and the aqueous solution for forming the hydrogel By coagulation, the dye-sensitized solar cell 1 in which the electrolyte of the hydrogel membrane is provided between the working electrode 10 and the counter electrode 20 can be manufactured. At this time, when disposing the working electrode 10 and the counter electrode 20 to face each other, of course, the light absorption layer 13 should be arranged to face the counter electrode 20 .

상기 하이드로겔 막이 전해질로서 도전성을 향상시키기 위해 상기 하이드로겔 막이 개재된 작동전극(10)과 상대전극(20)을, 요오드와 요오드화물이 함유된 전해질화 용액에 침지(S150)하고, 요오드 이온이 함침된 하이드로겔 막을 건조(S160)할 수 있다.In order to improve the conductivity of the hydrogel membrane as an electrolyte, the working electrode 10 and the counter electrode 20 having the hydrogel membrane interposed therein are immersed in an electrolyte solution containing iodine and iodide (S150), and iodine ions are The impregnated hydrogel membrane may be dried (S160).

상기 전해질화 용액은 요오드와 요오드화물을 물(또는 탈이온수)에 용해시킨 것으로, 요오드와 요오드화물의 전해질화 용액 중의 농도는 바람직하게는 0.03 내지 2 M, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1 M 일 수 있다.The electrolyte solution is obtained by dissolving iodine and iodide in water (or deionized water), and the concentration of iodine and iodide in the electrolyte solution may be preferably 0.03 to 2 M, more preferably 0.05 to 1 M. .

요오드 또는 요오드화물의 농도가 0.03 M 미만이면, 전해질의 도전성이 낮은 문제가 있고, 2M을 초과하는 농도는 고체의 요오드를 탈이온수에 용해시키기 어려운 문제가 있기 때문이다.When the concentration of iodine or iodide is less than 0.03 M, there is a problem in that the conductivity of the electrolyte is low, and when the concentration exceeds 2 M, there is a problem in that solid iodine is difficult to dissolve in deionized water.

다만, 무극성 용매에 용해할 경우 용해도가 물에 비해 매우 높고, 메탄올, 에탄올 등 기타 유기용매에 대해서도 물보다는 높은 용해도를 보이지만, 염료감응형 태양전지의 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해 물을 주된 용매로 사용하는 것이 바람직하다.However, when dissolved in a non-polar solvent, the solubility is very high compared to water, and it shows higher solubility than water in other organic solvents such as methanol and ethanol. It is preferable to use

상기 요오드화물은 요오드화물 이온을 방출할 수 있는, 요오드화물 이온을 반대이온으로서 갖는 화합물을 함유하는 것이 바람직하며, 요오드화물 이온을 반대이온으로서 갖는 화합물은, 용액 중에 요오드화물 이온을 제공할 수 있는 화합물이면 특별히 제한되지 않으나, 요오드화물 이온의 해리도가 높은 화합물이 바람직하다.The iodide preferably contains a compound having an iodide ion as a counterion capable of releasing iodide ion, and the compound having an iodide ion as a counterion is a compound capable of providing an iodide ion in solution. Although it will not restrict|limit especially if it is a compound, A compound with a high degree of dissociation of an iodide ion is preferable.

구체적인 예로서, 요오드화물 이온을 반대이온으로서 갖는 화합물은, 요오드화리튬, 요오드화나트륨, 요오드화칼륨, 트리메틸암모늄 요오다이드, 테트라부틸암모늄 요오다이드, 1,3-디메틸이미다졸륨 요오다이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 요오다이드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 요오다이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오다이드 및 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오다이드 등일 수 있으며, 이들 화합물은 단독 또는 2종 이상이 조합되어도 좋다.As a specific example, the compound having an iodide ion as a counterion is lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, trimethylammonium iodide, tetrabutylammonium iodide, 1,3-dimethylimidazolium iodide, 1 -Ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide and 1,2-dimethyl-3-propyl imidazolium iodide or the like, and these compounds may be used alone or in combination of two or more.

물에 요오드와 요오드화물의 용해 촉진을 위해 핫플레이트 따위의 가열장치를 이용하여 30 ~ 50℃로 가열하거나, 마그네틱바를 이용하여 혼합할 수 있다.In order to promote dissolution of iodine and iodide in water, it can be heated to 30 ~ 50°C using a heating device such as a hot plate, or mixed using a magnetic bar.

이후, 상기 전해질화 용액에 하이드로겔 막을 침지시켜 하이드로겔 막 내로 요오드화 이온이 충분히 침투할 수 있도록 상기 하이드로겔 막을 상기 전해질화 용액에 침지 후 실온에서 1분 내지 30분 동안 대기할 수 있다. 만약 대기 시간이 1분 미만이면 요오드화 이온이 하이드로겔 막에 충분히 침투하지 못하며, 대기 시간이 30분을 초과하면 하이드로겔 막이 과다 팽창하여 기계적강도가 떨어질 수 있다.Thereafter, the hydrogel membrane is immersed in the electrolyte solution so that iodide ions can sufficiently penetrate into the hydrogel membrane, and the hydrogel membrane can be immersed in the electrolyte solution and then wait for 1 minute to 30 minutes at room temperature. If the waiting time is less than 1 minute, iodide ions do not sufficiently penetrate the hydrogel membrane, and if the waiting time exceeds 30 minutes, the hydrogel membrane may over-expand and mechanical strength may decrease.

그러나 상기 하이드로겔 막을 상기 전해질화 용액에 침지시킨 후 실온에서 1분 내지 30분 사이의 임의의 시간에 요오드화 이온이 침투된 하이드로겔 막을 꺼냄으로써, 하이드로겔 막 내 요오드화 이온의 농도를 임의로 조절할 수 있다.However, after immersing the hydrogel membrane in the electrolyte solution, the concentration of iodide ions in the hydrogel membrane can be arbitrarily controlled by taking out the hydrogel membrane permeated with iodide ions at any time between 1 minute and 30 minutes at room temperature. .

이렇게 요오드화 이온이 침투된 하이드로겔 막을 상기 전해질화 용액에서 꺼내어 실온에서 건조시킴으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질을 제조할 수 있다.The electrolyte of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention can be prepared by taking out the hydrogel membrane permeated with iodide ions from the electrolyte solution and drying it at room temperature.

한편, 전술한 바와 같이, 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하고 응고하여 하이드로겔 막을 성형시킬 수 있으나, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 작동전극(10)과 더미(dummy)기판 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하고 응고하여 작동전극(10)과 더미기판 사이에 하이드로겔 막을 성형시킨 후, 더미기판을 분리하고, 하이드로겔 막의 노출된 면에 상대전극(20)을 부착할 수 있다.On the other hand, as described above, an aqueous solution for hydrogel molding is injected between the working electrode 10 and the counter electrode 20 and solidified to form a hydrogel film, but according to another embodiment of the present invention, the operation The aqueous solution for forming the hydrogel is injected between the electrode 10 and the dummy substrate and solidified to form a hydrogel film between the working electrode 10 and the dummy substrate, then the dummy substrate is separated, and the hydrogel film is exposed The counter electrode 20 may be attached to the surface of the surface.

동일하게, 상대전극(20)과 더미(dummy)기판 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하고 응고하여 상대전극(20)과 더미기판 사이에 하이드로겔 막을 성형시킨 후, 더미기판을 분리하고, 하이드로겔 막의 노출된 면에 작동전극(10)을 부착할 수도 있음은 물론이다.Similarly, the aqueous solution for hydrogel molding is injected between the counter electrode 20 and the dummy substrate and solidified to form a hydrogel film between the counter electrode 20 and the dummy substrate, and then the dummy substrate is separated, Of course, the working electrode 10 may be attached to the exposed surface of the hydrogel membrane.

여기서, 더미(dummy)기판은 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시키기 위한 몰드(mould)로 사용되는 것으로, 소정의 강성을 가진 것이면 어느 것이도 무방하나, 일 예로, 실리콘 또는 테프론 소재의 기판일 수 있다.Here, the dummy substrate is used as a mold for solidifying the aqueous solution for hydrogel molding, and any one having a predetermined rigidity may be used. For example, it may be a substrate made of silicon or Teflon material. .

다만, 광흡수층이 형성된 작동전극(10)과 더미기판을 서로 마주하게 이격 배치한 상태로 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입 후 응고시킴으로써 하이드로겔막의 전해질이 작동전극(10)과 더미기판 사이에 마련될 수 있다.However, the electrolyte of the hydrogel membrane is provided between the working electrode 10 and the dummy substrate by injecting the aqueous solution for hydrogel molding in a state in which the working electrode 10 on which the light absorption layer is formed and the dummy substrate are spaced apart to face each other and then solidified. can be

더미기판을 상대전극(20)으로 대체하기 위해 상기 더미기판을 하이드로겔 막으로부터 제거하여 하이드로겔의 한 면이 노출되도록 할 수 있으며, 이때 상대전극(20)을 하이드로겔 막에 부착하기 전에, 일면이 노출된 하이드로겔 막이 부착된 작동전극(10)을 요오드 또는 요오드화물이 함유된 전해질화 용액에 침지시켜(S150), 요오드 이온을 하이드로겔 막에 주입시킬 수 있고, 이후 요오드 이온이 함침된 하이드로겔 막을 건조(S160)할 수 있다.In order to replace the dummy substrate with the counter electrode 20, the dummy substrate may be removed from the hydrogel membrane to expose one side of the hydrogel, and at this time, before attaching the counter electrode 20 to the hydrogel membrane, one side The exposed working electrode 10 to which the hydrogel membrane is attached is immersed in an electrolyte solution containing iodine or iodide (S150), so that iodine ions can be injected into the hydrogel membrane, and then the iodine ions-impregnated hydrogel The gel film may be dried (S160).

물론 다음으로, 건조 후 하이드로겔 막의 노출된 한 면에 기 마련된 상대전극(20)을 부착하여 요오드 이온이 함침된 하이드로겔 막이 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이에 마련된 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. Of course, the dye-sensitized solar cell in which a hydrogel membrane impregnated with iodine ions is provided between the working electrode 10 and the counter electrode 20 by attaching a pre-prepared counter electrode 20 to one exposed surface of the hydrogel membrane after drying. can be manufactured.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하기로 하나, 이러한 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but these examples should not be construed as limiting the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

1000ml 아세틸아세톤에 이산화 타이타늄 5g를 용해 후 그 중 250ml를 다른 용기에 담아 pH 4로 조절한 다음, 작동전극 및 상대전극으로서 FTO가 코팅된 두 유리기판 사이에 부도체를 끼우고 담근 뒤, 양 전극에 3V의 직류전원을 5 ~ 10분 인가하여, 작동전극 및 상대전극에 이산화 타이타늄을 코팅하였다.After dissolving 5 g of titanium dioxide in 1000 ml of acetylacetone, put 250 ml of it in another container and adjust the pH to 4, and then put an insulator between two glass substrates coated with FTO as a working electrode and a counter electrode and immerse, A DC power of 3V was applied for 5 to 10 minutes, and titanium dioxide was coated on the working electrode and the counter electrode.

이산화 타이타늄이 코팅된 작동전극을 450℃에서 30분간 열처리 후 80℃까지 식혀 만든 다음, N719염료를 아세토니트릴과 에탄올을 1:1 비율로 혼합한 용매에 0.3mM의 농도로 용해시켜 마련된 염료용액을 상기 코팅된 이산화 타이타늄 위에 도포하고 건조하였다.The titanium dioxide-coated working electrode was heat treated at 450°C for 30 minutes, cooled to 80°C, and then N719 dye was dissolved in a solvent mixed with acetonitrile and ethanol in a 1:1 ratio to a concentration of 0.3mM. It was applied over the coated titanium dioxide and dried.

한편, 탈이온수, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트를 각각 87.4 중량부, 12.19 중량부, 0.41 중량부의 비율로 준비하고, 탈이온수에 아크릴아미드와 소듐 알지네이트를 용해한 다음, 상기 용액 대비 0.12 중량부의 과황산암모늄과 상기 용액 대비 0.018 중량부를 추가로 용해하고, 진공챔버 내에 용액 내 기포가 제거될 때까지 유지하여, 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하였다.Meanwhile, deionized water, acrylamide and sodium alginate were prepared in a ratio of 87.4 parts by weight, 12.19 parts by weight, and 0.41 parts by weight, respectively, and acrylamide and sodium alginate were dissolved in deionized water, and 0.12 parts by weight of ammonium persulfate compared to the solution An aqueous solution for forming a hydrogel was prepared by further dissolving 0.018 parts by weight of the solution and maintaining it in a vacuum chamber until the bubbles in the solution were removed.

상기 염료가 도포된 작동전극과 상대전극이 마주하도록 이격 배치하여 사각 몰드(mould)를 만들고, 작동전극과 상대전극 사이에 진공화가 완료된 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입한 후, 상기 하이드로겔 성형용 수용액에 N,N,N',N'-테트라메틸렌디아민을 탈이온수, 아크릴아미드 및 소듐 알지네이트 혼합 용액 대비 0.034 중량부를 추가로 용해 후, 50℃ 건조기에서 2시간 동안 열처리를 하되, 열처리 과정 중 UV 라이트를 조사하여, 하이드로겔 막을 응고시켜 성형하였다.After the dye-coated working electrode and the counter electrode are spaced apart to face each other to make a square mold, the aqueous solution for forming the hydrogel after evacuation is injected between the working electrode and the counter electrode, for forming the hydrogel After dissolving 0.034 parts by weight of N,N,N',N'-tetramethylenediamine in an aqueous solution compared to the mixed solution of deionized water, acrylamide and sodium alginate, heat treatment was performed in a dryer at 50° C. for 2 hours, but UV during the heat treatment process Light was irradiated, and the hydrogel film was solidified and molded.

한편, 탈이온수에 요오드 및 요오드화 리튬을 각각 0.05M의 농도로 용해하고, 용해 촉진을 위해 핫플레이트를 이용하여 40℃로 가열함과 동시에 마그네틱 바를 이용하여 저어주었다.On the other hand, iodine and lithium iodide were dissolved in deionized water to a concentration of 0.05 M, respectively, and heated to 40° C. using a hot plate to promote dissolution, and stirred using a magnetic bar at the same time.

요오드와 요오드화 리튬이 용해된 전해질화 용액에 상기 하이드로겔 막이 성형되어 있는 작동전극과 상대전극을 침지시켜 30분 동안 담궈둔 후에 이를 꺼내어 실온에서 물기가 제거될 때까지 건조하였다.The working electrode and the counter electrode having the hydrogel membrane formed thereon were immersed in an electrolyte solution in which iodine and lithium iodide were dissolved, and then immersed for 30 minutes, then taken out and dried at room temperature until water was removed.

이후 작동전극의 외측 표면에 응고된 하이드로겔, 그리고 상대전극의 외측 표면에 응고된 하이드로겔과 이산화 타이타늄을 제거하여 정리하였다.Thereafter, the coagulated hydrogel on the outer surface of the working electrode and the coagulated hydrogel and titanium dioxide on the outer surface of the counter electrode were removed and arranged.

마지막으로 작동전극과 대전극에 외부 전선을 연결하고 전해질의 증발을 방지하기 위해 작동전극과 상대전극 측면을 밀봉하였다.Finally, an external wire was connected to the working electrode and the counter electrode, and the sides of the working electrode and the counter electrode were sealed to prevent evaporation of the electrolyte.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As above, preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. The description of the present invention is for illustrative purposes, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, scope, and equivalent concept of the claims are included in the scope of the present invention. should be interpreted

1: 염료감응 태양전지 10: 작동전극
11: 금속산화물 12: 염료
13: 광흡수층 20: 상대전극
30: 전해질 40: 부도체부재
50: 금속산화물 용액1: Dye-sensitized solar cell 10: Working electrode
11: metal oxide 12: dye
13: light absorption layer 20: counter electrode
30: electrolyte 40: non-conductive member
50: metal oxide solution

Claims (12)

물에 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여, 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하는 단계;
작동전극과, 상기 작동전극과 대향하여 마련된 상대전극 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하는 단계; 및
상기 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시켜, 상기 작동전극과 상기 상대전극 사이에 하이드로겔 막을 성형시키는 단계;
를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법.preparing an aqueous solution for forming a hydrogel by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved in water;
injecting the aqueous solution for forming the hydrogel between the working electrode and the counter electrode provided to face the working electrode; and
solidifying the aqueous solution for forming the hydrogel, forming a hydrogel film between the working electrode and the counter electrode;
A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a. 물에 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여, 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하는 단계;
작동전극 또는 상대전극과, 더미(dummy)기판 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하는 단계;
상기 하이드로겔 성형용 수용액을 응고시켜, 상기 작동전극 또는 상기 상대전극과, 상기 더미기판 사이에 하이드로겔 막을 성형시키는 단계; 및
상기 더미기판을 분리하고, 상기 하이드로겔 막의 노출된 면에 상기 상대전극 또는 상기 작동전극을 부착하는 단계;
를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법.preparing an aqueous solution for forming a hydrogel by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved in water;
injecting the aqueous solution for forming the hydrogel between the working electrode or the counter electrode and a dummy substrate;
solidifying the aqueous solution for forming the hydrogel, forming a hydrogel film between the working electrode or the counter electrode and the dummy substrate; and
separating the dummy substrate and attaching the counter electrode or the working electrode to the exposed surface of the hydrogel film;
A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상대전극은, 기판 위에 전도성 물질이 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하되, 상기 전도성 물질은, 백금, 금, 카본 및 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The counter electrode is characterized in that it is formed by coating a conductive material on a substrate, wherein the conductive material is any one selected from the group consisting of platinum, gold, carbon and carbon nanotubes (CNT) or a combination thereof. A method for manufacturing a dye-sensitized solar cell. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수용액을 주입하는 단계 이전에,
상기 작동전극의 일측 표면에, 염료가 코팅된 금속산화물을 가진 광흡수층을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Before the step of injecting the aqueous solution,
forming a light absorption layer having a metal oxide coated with a dye on one surface of the working electrode;
Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises. 제 4 항에 있어서,
상기 광흡수층을 형성하는 단계는,
부도체부재를 마련하는 단계;
상기 부도체부재가 개재된 상기 작동전극 및 상기 상대전극을 금속산화물이 용해된 용액에 침지시키는 단계;
상기 작동전극 및 상기 상대전극에 전압을 가하여, 상기 작동전극 및 상기 상대전극의 적어도 일 노출면에 상기 금속산화물을 코팅하는 단계; 및
상기 작동전극의 일측 표면에 코팅된 상기 금속산화물 상에 염료 용액을 도포하여 상기 광흡수층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.5. The method of claim 4,
The step of forming the light absorption layer,
providing a non-conductive member;
immersing the working electrode and the counter electrode having the non-conductive member interposed therebetween in a solution in which a metal oxide is dissolved;
coating the metal oxide on at least one exposed surface of the working electrode and the counter electrode by applying a voltage to the working electrode and the counter electrode; and
forming the light absorption layer by applying a dye solution on the metal oxide coated on one surface of the working electrode;
A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a. 제 5 항에 있어서,
상기 금속산화물이 용해된 용액에 침지시키는 단계는,
유기용매인 아세틸아세톤에 상기 금속산화물인 TiO2를 용해시킨 용액을 마련하고, 상기 부도체부재가 개재된 상기 작동전극 및 상기 상대전극을 침지시키는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.6. The method of claim 5,
The step of immersing in the solution in which the metal oxide is dissolved,
A method for manufacturing a dye-sensitized solar cell, comprising: preparing a solution in which the metal oxide TiO 2 is dissolved in acetylacetone as an organic solvent, and immersing the working electrode and the counter electrode having the non-conductive member interposed therebetween. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수용액을 주입하는 단계 이전에,
상기 작동전극의 일측 표면에, 금속산화물을 가진 광흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광흡수층에 염료를 코팅하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Before the step of injecting the aqueous solution,
forming a light absorption layer having a metal oxide on one surface of the working electrode; and
coating a dye on the light absorption layer;
Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,
요오드와 요오드화물이 함유된 전해질화 용액에 상기 하이드로겔 막을 침지시켜, 상기 하이드로겔 막에 요오드화 이온을 함침시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
immersing the hydrogel membrane in an electrolyte solution containing iodine and iodide, impregnating the hydrogel membrane with iodide ions;
Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises. 제 2 항에 있어서,
상기 더미기판을 분리하기 전에,
요오드와 요오드화물이 함유된 전해질화 용액에 상기 하이드로겔 막을 침지시켜, 상기 하이드로겔 막에 요오드화 이온을 함침시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.3. The method of claim 2,
Before separating the dummy substrate,
immersing the hydrogel membrane in an electrolyte solution containing iodine and iodide, impregnating the hydrogel membrane with iodide ions;
Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,
상기 수용액에 중합개시제를 첨가하는 단계는,
가속제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 1,
The step of adding a polymerization initiator to the aqueous solution,
A method for manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that further adding an accelerator. 작동전극;
상기 작동전극과 대향하여 배설된 상대전극;
상기 작동전극과 상기 상대전극 사이에 개재되는 전해질; 및
상기 작동전극과 상기 전해질 사이에 개재되되, 염료가 흡착된 금속산화물을 포함한 광흡수층;
을 포함하되,
상기 전해질은, 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하고, 상기 작동전극 및 상기 상대전극 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하여 응고시킴으로써 성형된 하이드로겔 막인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.working electrode;
a counter electrode disposed to face the working electrode;
an electrolyte interposed between the working electrode and the counter electrode; and
a light absorption layer interposed between the working electrode and the electrolyte, the light absorbing layer including a metal oxide to which a dye is adsorbed;
including,
The electrolyte is formed by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved to prepare an aqueous solution for forming a hydrogel, and injecting the aqueous solution for forming a hydrogel between the working electrode and the counter electrode and solidifying it. A dye-sensitized solar cell, characterized in that it is a gel film. 작동전극;
상기 작동전극과 대향하여 배설된 상대전극;
상기 작동전극과 상기 상대전극 사이에 개재되는 전해질; 및
상기 작동전극과 상기 전해질 사이에 개재되되, 염료가 흡착된 금속산화물을 포함한 광흡수층;
을 포함하되,
상기 전해질은, 수용성고분자와 가교제가 용해된 수용액에 중합개시제를 첨가하여 하이드로겔 성형용 수용액을 마련하고, 상기 작동전극 또는 상기 상대전극과, 더미(dummy)기판 사이에 상기 하이드로겔 성형용 수용액을 주입하여 응고시킴으로써 성형된 하이드로겔 막인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.working electrode;
a counter electrode disposed to face the working electrode;
an electrolyte interposed between the working electrode and the counter electrode; and
a light absorption layer interposed between the working electrode and the electrolyte, the light absorbing layer including a metal oxide to which a dye is adsorbed;
including,
The electrolyte is prepared by adding a polymerization initiator to an aqueous solution in which a water-soluble polymer and a crosslinking agent are dissolved to prepare an aqueous solution for forming a hydrogel, and between the working electrode or the counter electrode and a dummy substrate. A dye-sensitized solar cell, characterized in that it is a hydrogel film formed by injection and coagulation.
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