초고분자 전해질을 이용한 고체형 염료감응 태양전지

Abstract

두 개의 수소 결합 작용기는 poly (ethylene glycol)(PEG, Mw = 2,000) 사슬의 양 말단에 pyrimethamine과 반응시킨 후, glutaric acid로 합성되어, 치환되어 연 결되었다. 세 개의 수소결합을 가지는 올리고머 (oligomer)는 poly (ethylene glycol)과 guanine 그리고 cytosine 으로 합성되었다. 고체 형태의 전해질 (두 개의 수소결합을 가진 고분자와 세 개의 수소결합을 가 진 고분자)은 수소결합의 결합력으로 인하여 올리고머에서 고체 형태로 고분자화 된다. 이러한 고체 전해질의 조성은 다음과 같다; [PEG] : [1-methyl-3-propyl imidazolium iodide (MPII)] : [I₂ (iodine)] = 20 : 1 : 0.19. 위의 조성을 가진 두 개의 수소결합을 가진 고분자를 염료 감응 태양전지에 적용 하였을 때, one sun 조건에서 이러한 조건을 가진다; 단락전류 (JSC, a short circuit current density), 10.41mAcm^(-2), 개방전압(VOC, an open circuit voltage), 0.71 V, 필 팩터 (FF, a fill factor), 0.62, 에너지 전환 효율 (η, the over all energy conversion efficiency), 4.63%. 또한 같은 조성을 가진 세 개의 수소결합 고분자 전해질을 염료 감응 태양전지에 적용하였을 때, 단락전류 (JSC, a short circuit current density), 10.09 mAcm^(-2), 개방전압 (VOC, an open circuit voltage), 0.69 V, 필 팩터 (FF, a fill factor) 0.65, 에너지 전환 효율 (η, the over all energy conversion efficiency); 4.53%, 이러한 광학적 특성을 보인다. (적용 면적 (active area) = 0.16㎠, 적용 된 반도 체 (semi-conductor)의 두께 (TiO₂ layer thickness) =10 μm). 이러한 고분자 전해질은 저분자로도 강한 기계적 강도를 갖는다는 점과 간단하고 작은 구조로 수소결합을 이루어 스스로 고체화 되는 저분자를 사용하여 고효율을 낼 수 있다는 두 가지의 강점을 가진다.; The double hydrogen bonding sites were introduced at both chain ends of the poly (ethylene glycol) (PEG), which were synthesized by pyrimethamine and glutaric acid. The oligomer with triple hydrogen bonding sites was synthesized with poly (ethylene glycol) (Mw=2,000), guanine and cytosine. The solid polymer electrolyte (2H-polymer (double hydrogen bonded polymer), 3H-polymer (triple hydrogen bonded polymer)), in situ self-polymerized from the oligomer by hydrogen bonding sites, of the composition[EG]:[1-methyl-3-propylimidazolium iodide(MPII)]:[I2]=20:1:0.19. DSSC which employed 2H-polymer electrolyte with this composition, resulted in a short circuit current density of (JSC) 10.41mAcm^(-2), an open circuit voltage (VOC), of 0.71V, a fill factor (FF) of 0.62, the over all energy conversion efficiency of 4.63% at one sun conditions. 3H-polymer electrolyte employed DSSCs with the same composition, resulted in a short circuit current density of (JSC) 10.09 mAcm^(-2), an open circuit voltage (VOC), of 0.69 V, a fill factor (FF) of 0.65, the over all energy conversion efficiency of 4.53% at one sun conditions (active area = 0.16㎠, TiO₂ layer thickness =10μm). This electrolyte would have two advantages which have proper mechanical strength with oligomer and self-solidified characteristics by hydrogen bonding sites with simple structures for good efficiency.