대향전극의 표면개질방법 및 표면개질된 대향전극 document_id A220623017121

본 발명은 대향전극의 표면개질방법 및 표면개질된 대향전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대향전극의 표면을 한쪽 말단에 부착기를 갖는 폴리에틸렌글리콜로 처리함으로써 광전변환소자의 대향전극과 전해질층의 계면에서의 전자 전달 속도 및 친화력을 향상시킬 수 있는 대향전극의 표면개질방법 및 표면개질된 대향전극에 관한 것이다. 태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다. 특히 휴대용 컴퓨터, 휴대전화, 개인휴대단말기 등의 각종 휴대용 정보기기에 탑재하면 태양광 만으로 충전이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다. 종래의 태양전지는 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양전지가 많이 사용되어 왔으나, 실리콘 태양전지는 제조시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이어서 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 많은 어려움이 따른다. 이에 따라 저가로 제조할 수 있는 유기재료를 사용한 태양전지에 대한 관심이 급증하고 있는데, 특히 제조비용이 저렴한 염료감응형 태양전지가 많은 주목을 받고 있다. 염료감응형 광전변환소자(태양전지)는 투명전극에 접착되어 있는 나노입자로 구성된 다공질 반도체층과 다공질 반도체층 위에 코팅된 염료로 구성되는 반도체 전극, 반도체 전극에 대향하는 대향전극 그리고 두 전극 사이에 있는 공간을 채우고 있는 산화환원용 전해질 용액을 포함하여 구성되는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응형 태양전지는 광전변환효율이 높고 제조비용이 저렴한 이점을 가진다. 그러나 이러한 염료감응형 태양전지는 액상 전해질로 구성된 습식이기 때문에, 장기 사용시 전해액의 누설 또는 전해액의 휘발에 의해 광전변환효율이 급격히 저하되는 등 신뢰성 및 장기안정성(long-term stability)이 불량한 문제점을 갖는다. 습식 태양전지의 문제점을 해결하기 위하여, 액상 전해질을 고체상 혹은 준고체상 홀전도체로 대체하는 연구가 수행되어 왔다. 고체 고분자 전해질(solid polymer electrolyte)을 홀 전달 재료로 이용한 태양전지는 2001년 브라질의 드 파올리 그룹에 의해 개발된 후 활발하게 연구되고 있다 (A. F. Nogueira, J. R. Durrant, M. A. De Paoli, Adv. Mater. 13, 826, 2001). 그러나, 고분자 전해질을 포함하는 태양전지의 경우 에너지 전환 효율이 낮아 상용화가 불가능하였다. 또한, 액상 전해질을 포함하는 태양전지(습식 태양전지)에 비해 이온 전도도가 떨어지며, 고분자의 분자 사슬의 길이가 큰 경우 나노 크기의 반도체 입자 사이의 공극으로 전해질의 침투가 어렵게 되고 고분자 전해질이 반도체 나노입자를 충분히 감싸주지 못하거나 서로 단락 없이 연결되어 있지 않으면 태양전지의 전류 밀도가 크게 감소하게 된다. 또한, 액체 또는 왁스(wax)상의 분자 사슬의 길이가 짧은 고분자 전해질을 사용할 경우에는 태양전지의 기계적인 특성이 떨어지게 되며, 습식 태양전지와 마찬가지로 전해질의 누출문제가 야기된다. 염료감응형 태양전지에서의 계면은 반도체 전극과 전해질 사이의 계면, 그리고 대향전극과 전해질 사이의 계면으로 구성되는데, 이들 계면에서의 전자전달 및 환원반응 속도는 전지의 성능을 크게 좌우한다. 특히 고체형 염료감응형 태양전지에서는 대향전극 계면이 고체 고분자와 금속으로 되어 있어서, 고체와 고체 사이의 접촉이 좋지 않기 때문에, 대향전극과 전해질층 사이에서의 전자의 전달이 액체 전해질을 사용하는 경우에 비해 어려워 광전변환효율이 떨어지는 문제점이 있다.