트리페닐아민 감응제, 탠덤 DSSC 실내 효율 23% 달성
염료감응 태양전지(DSSC)의 스펙트럼 활용 및 전하 이동 역학을 향상시키기 위해 유기 감응제의 분자 공학적 설계가 중요합니다. 본 연구에서는 티아졸-벤조퓨란 π-시스템을 포함하는 두 가지 새로운 트리페닐아민 기반의 도너-π-억셉터 염료인 TMN-1(-COOH 앵커링 억셉터)과 TMN-2(-NO2 억셉터)를 개발했습니다. DFT 계산으로 뒷받침된 분광학 및 전기화학적 분석 결과, TMN-1은 TMN-2에 비해 우수한 평면성, 넓은 전하 비편재화, 그리고 TiO2와의 강한 결합력을 보였습니다. 이는 TMN-1의 좁은 광학 밴드갭(2.02 eV vs 2.10 eV)과 향상된 분자 내 전하 이동 특성과 일치합니다. N719와 공동 감응 시, TMN-1은 광 수확 및 광전류 생성을 크게 개선하여 탠덤 DSSC에서 뛰어난 효율을 달성했습니다. 특히 N719(상단)/TMN-1(하단) 병렬 탠덤은 AM 1.5G 조명 하에서 11.23%의 전력 변환 효율을 기록하며 단일 및 공동 감응 소자를 능가했습니다. 놀랍게도 실내 조명(1000 lx) 조건에서 탠덤 셀은 23.43%의 기록적인 효율을 달성하여 우수한 스펙트럼 상보성과 재결합 손실 억제를 입증했습니다. 열중량 분석(TGA) 및 300시간 연속 조명 안정성 테스트를 통해 TMN-1의 견고함이 확인되었으며, 이는 강한 카르복실 앵커링과 확장된 π-공액 시스템 덕분입니다. 본 연구는 TMN-1이 고효율 및 고안정성 유기 공동 감응제로서의 잠재력을 보여주며, 트리페닐아민-벤조퓨란 골격이 차세대 DSSC를 위한 유망한 플랫폼임을 시사합니다.