The Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) have attracted much attention among the future solar cells as it offer the lower cost than conventional photovoltaic devices. However, it has volatility and leakage problems of liquid electrolyte inside the cell which decreases long-term stability and efficiency. Therefore, we present novel concept of stable and non-fluidic gel electrolyte using sol-gel synthesized organo-oligosiloxane. We use in-situ gelation process of liquid electrolyte after it was injected into the cell. The viscosity of electrolyte does not increase at room temperature for enough penetration into TiO2 pores. This resulted in sufficient physical contacts between TiO2 electrode and electrolytes.
Highly viscous and stable gel electrolyte is fabricated by sol-gel process with silane liquid precursors. Ionic liquid such as 1-butyl-3-methylimidazolium iodide and iodine were incorporated in liquid mixture of the silane precursors. It forms I-/I3- redox couples for electrical charge transport in electrolyte. To reach an impressive efficiency, in-situ gelation of liquid electrolyte is applied for good contact with electrode. The precursor liquid mixture was injected into DSSC for easy penetration into TiO2 pores in order to achieve good contact with electrode. The process is occurred by chemical reaction without gelators which can interfere contact.
Finally, the gel electrolyte is fabricated by sol-gel condensation reaction among fluorinated trimethoxysilane, epoxy trimethoxysilane and diphenylsilanediol at 80℃ for 4 hrs. The precursor liquid mixture was injected into DSSC and became gel electrolyte by formation of oligosiloxane network. The viscosity (>10000cP), structure and photovoltaic performance of the fabricated gel electrolyte can be controlled by tailoring their compositions.
The present efficiency of the DSSC using fabricated sol-gel oligosiloxane electrolyte was 4.7%. Also, excellent long-term stability is achieved by less leakage and volatility of the electrolyte. As a result, the novel sol-gel fluoro gel oligosiloxane electrolyte can be prime candidate materials which can replace liquid electrolyte for practical photovoltaic applications.
염료감응태양전지는 기존의 태양전지소자에 비해 적은 생산비용이 가능하여서 미래 태양전지 가운데 많은 관심을 받고 있다. 그러나 셀 내부의 액체전해질의 휘발성 및 누액 문제로 인해 장기 안정성과 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다. 따라서 솔-젤 방법으로 합성된 유기 올리고실록산을 이용하여 안정하고 흐르지 않는 새로운 개념의 젤 전해질 소개하였다. 액체 전해질이 셀 내부에 주입된 후 동시공정에 의해 젤화 되는 방법을 사용하였다. 상온에서 전해질의 점도가 낮아 타이타니아 기공으로의 충분한 침투가 가능하였다. 이는 타이타니아 전극과 전해질 사이에 충분한 물리적 접촉을 가능하게 하였다. 매우 고점도의 안정한 젤 전해질이 실란 액상 전구체의 솔-젤 공정에 의해 제조 되었다. 1-butyl-3-methylimidazolium iodide 와 같은 이온성 액체 및 아이오딘이 실란 전구체의 액상 혼합물에 첨가 되었다. 이는 요오드 산화/환원쌍을 형성하여 전해질 내부의 전기적 전도를 가능하게 하였다.
좋은 효율을 얻기 위하여, 액체 전해질의 동시 젤화가 도입되어 전극의 우수한 접촉성이 얻어졌다. 전구체 액상 혼합물은 DSSC에 주입되어 타이타니아 기공으로의 용이한 침투가 가능하여 결과적으로 전극의 좋은 접촉성을 달성할 수 있었다. 이 과정은 접촉성을 방해할 수 있는 가소제 없이 화학반응에 의해 일어났다. 결과적으로 불화 실란, 에폭시 실란 그리고 다이페닐실란디올 간의 80℃ 에서 4시간 동안의 솔-젤 축합반응에 의해 젤 전해질이 제조 되었다. 올리고실록산 구조의 형성에 의해 전구체 액상 혼합물이 DSSC 로 주입된 후 젤 전해질이 되었다. 제조된 젤 전해질의 점도, 구조, 광특성은 조성의 조절로 인해 바꿀수 있었다.
제조된 솔-젤 올리고실록산 전해질의 현재 효율은 4.7% 이다. 또한 적은 누설과 휘발성으로 인한 우수한 장기 안정성이 확보 되었다. 결과적으로 새로운 솔-젤 불화 올리고실록산 젤 전해질은 실제 태양전지 적용을 위한 액체 전해질은 대체할 수 있는 후보 물질이 될 수 있을 것이다.
