PEO-Bismaleimide 고분자 전해질을 이용한 준-고체상태 염료감응형 태양전지 최적화 연구

Abstract

염료감응형 태양전지는 반도체 전극 표면에 화학적으로 흡착된 염료분자가 빛에 의해 여기 되면서 반도체 산화물 전극의 전도대로 전자가 주입되며, 이렇게 주입된 전자는 반도체 계면을 통하여 투명 광 전극으로 전달 되어 전기를 발생 시키는 원리로 작동된다. 염료감응 태양전지의 장점은 투명성과 다양한 색상을 지니게 할 수 있다. 염료감응형 태양전지의 전해질로 액체 전해질을 사용하는 경우 높은 효율은 가능하지만 전해질 누액의 문제점이 있어 이를 개선하기 위해 고분자를 이용한 준-고체 전해질의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 준-고체 전해질을 사용한 염료감응형 태양전지의 최적화를 위하여 PEO와 Poly-bismaleimide을 이용한 고분자 블렌딩과 새로운 주입 방법을 개발 하였다. Bismaleimide(BMI)의 중합은 4-tert-butylpyridine의 촉매조건에서 열 중합으로 자가 반응을 통해 공중합 시킬 수 있었다. 또한 새로운 주입 방법은 3단계의 주입 과정(액체 전해질 주입, 액체 전해질 증발, 고분자 전해질 재주입)으로 진행 하였으며 EIS 분석을 통하여 전기화학적 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 방법으로 제작된 염료감응형 태양전지의 효율은 최고6.36%의 전력 변환효율을 나타내었다. 뿐만 아니라 액체전해질을 이용한 염료감응형 태양전지와 비교에서도 이에 상응하는 효율 특성을 확인하였으며 액상 전해질의 전해질 누액으로 인하여 제기되는 제반 문제점을 해결함으로써 장기간 사용이 가능하고, 일정 수준 이상의 안정적인 변환 효율을 유지할 수 있었다.