DSSCs(dye-sensitized solar cells): 감응 염료

DSSCs에서 감응 염료는 포톤을 흡수하여 전자와 홀을 생성하는 역할을 한다. 

(가장 성능 좋은 Ru 기반의 착물(complex)인 CYC-B11와 도너-pi-업셉터 염료인 YD2-o-C8과 Y123 각각의 화학 구조)


일반적으로 Ru 기반의 염료가 DSSCs에 널리 사용되고 있으나 최근 도너-pi 업셉터 염료가 많이 연구되고 있으며 Ru 기반의 염료 보다 훨씬 더 강하게 광을 흡수하여 대부분의 가시광을 앏은 두께에서도 흡수한다. 

[출처] 염료 감응 태양전지의 부흥|작성자 광돌이 S

DSSCs에서 감응 염료는 전통적으로 Ru 기반의 착물인 N3, N719, C106 그리고 CYC B11으로 만들어지고 있다. 이들은 상당히 넓은 흡수 스펙트럼(Δλ ≒350 nm)을 갖지만 몰흡광계수(10,000~20,000 /Mcm)는 낮다.

이 착물은 band-edge(780 nm 근처)에서 극도로 약한 광흡수로 인해 NIR 수확을 제한한다.  

비록 Ru 기반의 염료은 과거 20년간 잘 사용되고 있지만 염료 설계 개선과 비싼 금속을 사용하지 않으려는 움직임이 Ru 기반의 염료를 다른 염료로의 대체를 부추겼다. 

유기 염료는 Ru 기반 염료에 비해 일반적으로 상대히 큰 몰흡광계수(50,000~200,000 /Mcm)를 가지지만  보통 좁은 스펙트럼 대역폭(spectral band width,Δλ ≒100 ~ 250 nm )을 나타낸다.

수년간 연구 끝에 전자 풍부(도너)와 전자 결핍(업셉터) 부분이 conjugated (pi) bridge로 연결된 염료가 개발되었다. 

참고: the renaissance of dye-sensitized solar cells, Brian E. et al., Nature Photonics, Review Articles | Focus, published online: 29 February 2012.