이온성 액체 고분자 전해질을 이용한 염료감응 태양전지 광전 특성 연구

Abstract

염료감응 태양전지는 식물이 광합성 작용을 통해 받은 태양 에너지를 전자의 흐름으로 만들어내어 산화 환원작용의 에너지로 쓰는 것과 같은 원리를 가진다. 태양전지중의 하나인 염료감응 태양전지는 투명성과 다양한 색상을 지니게 할 수 있으며, 낮은 제조비용과 간단한 제조공정 등의 특징을 갖고 있어 차세대 태양전지로 많은 주목을 받고 있다. 염료감응 태양전지의 전해질로 액체 전해질을 사용하는 경우, 산화-환원 이온종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 도와주기 때문에 높은 에너지 변환효율이 가능하지만, 전극간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제를 가지고 있어 이를 개선하기 위해 우수한 이온전도 특성을 나타내는 고분자 전해질의 개발이 요구 되고 있다. 본 논문에서는 액체전해질과 비교하여 이온전도 특성이 우수하고, 전기화학적으로 안정하며, 전극과의 접착성이 우수할 뿐만 아니라 열적 안정성을 갖고 있는 고분자를 합성하고자 하였고, 고분자 내에 iodide이온을 포함하고 있어 가격 경쟁력을 확보할 뿐만 이온성 액체 고분자를 기반으로 하는 젤 고분자 전해질의 조성을 최적화 하는 연구를 진행하였다. 이온성 액체 중 n-imidazole을 이용하여 이온성 액체 고분자를 합성하고 염료감응 태양전지의 전해질로 응용하였다. 고분자 물질 자체가 I-음이온을 갖고 있어 전자가 이동하는데 용이하였고, 물질 자체의 뛰어난 구조로 인하여 겔화 하는 과정 또한 용이하였다. 이외에도 전극과의 접착성이 뛰어남을 보였다. 그 결과 기존에 널리 사용되는 이온성 액체 대신 가격이 싸고, 대면적화에 좀 더 유리한 고분자 전해질을 제조 하였으며 그 결과 액상 전해질의 열화로 인하여 제기되는 제반 문제점을 해결함으로써 장기간 사용이 가능하고, 일정 수준 이상의 안정적인 변환 효율을 유지할 수 있었다. 또한 상대전극으로 기존의 상대전극으로 쓰이는 전기전도성 물질인 백금을 대체할 물질로써 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanofibers (PEDOT-NF)를 사용하여 제조방법이 비교적 쉽고, 단가가 낮으면서도 더 우수한 결과를 얻을 수 있는 물질로 사용하였다.| Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been considered one of the promising candidates for the next generation solar cells. DSSCs based on liquid electrolytes exhibit high conversion efficiency, but the long-term durability of the cell is limited by leakage or evaporation of the liquid electrolytes. To overcome this problem, a lot of efforts have been made to replace the liquid electrolyte with polymer electrolyte. In this study, we synthesized novel polymeric ionic liquid(PIL) from the ionic liquid monomer containing iodide ion. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanofibers (PEDOT-NF) with high catalytic activity were synthesized and employed as a counter electrode in dye-sensitized solar cells (DSSCs). A polymeric ionic liquid was used as a gelling agent and an iodide source for making a highly conductive gel polymer electrolyte. Consequently, DSSCs employing the gel polymer electrolyte showed more stable photovoltaic performance than that of the DSSC assembled with liquid electrolyte. And the initial efficiency is increased by using PEDOT-NF to replace Pt.; Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been considered one of the promising candidates for the next generation solar cells. DSSCs based on liquid electrolytes exhibit high conversion efficiency, but the long-term durability of the cell is limited by leakage or evaporation of the liquid electrolytes. To overcome this problem, a lot of efforts have been made to replace the liquid electrolyte with polymer electrolyte. In this study, we synthesized novel polymeric ionic liquid(PIL) from the ionic liquid monomer containing iodide ion. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanofibers (PEDOT-NF) with high catalytic activity were synthesized and employed as a counter electrode in dye-sensitized solar cells (DSSCs). A polymeric ionic liquid was used as a gelling agent and an iodide source for making a highly conductive gel polymer electrolyte. Consequently, DSSCs employing the gel polymer electrolyte showed more stable photovoltaic performance than that of the DSSC assembled with liquid electrolyte. And the initial efficiency is increased by using PEDOT-NF to replace Pt.