• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.50.2-50.2
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• 2011

염료감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 가격과 다양한 날씨 조건에서도 태양광과의 반응성이 안정하다는 여러 가지 장점을 갖고 있다. 하지만 광전 변환 효율이 기존의 실리콘 태양전지에 비해 현저히 떨어진다는 문제점과 장기적으로 안정하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 이러한, 염료감응형 태양전지에서 크게 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 재료는 염료, $TiO_2$와 같은 반도체 산화물전극 재료, 전해질이다. 이 중 $TiO_2$의 특성 및 크기는 염료감응형 태양전지의 효율에 영향을 미친다. 염료감응형 태양전지의 광전 변환 효율을 증가시키기 위해서 $TiO_2$는 넓은 비표면적, 높은 전자의 이동성 및 태양광과의 우수한 반응성을 가져야 한다. Microwave hydrothermal 방법에 의해 제조된 hollow $TiO_2$를 염료감응형 태양전지에 적용시킬 경우 기존의 $TiO_2$의 광흡수 반응이 200~400 nm 사이에서 발생하는 반면, hollow $TiO_2$의 광흡수 반응은 기존의 UV 영역인 200~400 nm 뿐만 아니라 가시광 영역인 400~460 nm 에서도 광흡수 반응이 가능하기 때문에 염료감응형 태양전지에서 광전 변환효율을 증가 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, microwave hydrothermal법에 의해 제조된 hollow $TiO_2$는 150-200 nm의 크기를 갖으며 20-30 nm 크기의 $TiO_2$ particle들로 이루어져 있다. hollow $TiO_2$ (150-200 nm)를 기존의 $TiO_2$ (10-20 nm) 층 위에 올려 염료감응형 태양전지의 electrode에 적용할 경우 기존의 $TiO_2$ 단층을 이용한 것보다 우수한 light-scattering 효과를 갖게 되어 광전 변환 효율 증가에 긍정적인 영향을 미칠 것이다. 본 연구에서는 hollow $TiO_2$의 광학적 특성 및 결정성이 염료감응형 태양전지에 미치는 영향을 조사하였다. hollow $TiO_2$의 광학적 특성 및 결정성의 변화를 위하여 microwave hydrothermal 법의 합성 온도 및 합성시간에 변화를 주었다. hollow $TiO_2$의 광학적 특성은 UV-visible spectrometer를 이용하여 조사하였으며, hollow $TiO_2$의 형상과 결정학적 특성은 TEM과 SEM 그리고 X선 회절 분석을 이용하여 관찰되었고, hollow $TiO_2$의 비표면적 측정은 BET 측정법을 이용하였다. 또한 염료감응형 태양전지 cell을 제작하여 $100mW/cm^2$(AM 1.5G) 기준에서 광전 변환 효율을 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.267-267
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• 2010

염료 감응형 태양전지는 일반적으로 투명 전극 기판, 염료가 흡착된 $TiO_2$, 전해질, Pt가 코팅된 투명 전극 기판으로 구성된다. 이 중 투명 전극 기판은 전체 재료비 중 60% 이상을 차지하여 이를 대체하는 새로운 구조에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 논문에서는 투명 전극 기판을 사용하지 않는 염료 감응형 태양전지를 연구하였다. $TiO_2$ 위에 e-beam 증착을 이용하여 다공성의 Ti 전극을 형성하였다. Ti 전극의 다공성은 SEM 분석 및 염료 흡착을 통해 확인하였다. Ti 전극의 두께가 증가함에 따라 표면저항은 감소하였으며, 태양전지의 효율은 증가하는 경향을 보였다. 또한 Ti 전극의 표면저항이 투명 전극 기판의 표면저항과 동등 수준일 경우 효율 또한 동등 수준을 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.117-117
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• 2013

염료감응태양전지의 효율을 높이기 위해서, 광전극으로 쓰이는 다공성 $TiO_2$ 후막에 플라즈마원자증착기술(PEALD)과 원자증착기술(ALD)을 이용하여 알루미나($Al_2O_3$)막을 3차원적으로 균일하고 매우 얇게 형성하였다. 이를 통해서 태양빛에 의해 여기된 염료의 전자가 알루미나를 통과(tunneling)하여 $TiO_2$ 전도대로 도입되게 함과 동시에 $TiO_2$ 전도대로 도입된 전자들이 전해질과 염료로 재결합하는 현상을 방지하였다. 결국 이러한 작용에 의해서 염료감응태양전지의 개방전압을 높이는 효과를 관측하였다. 나아가 PEALD와 ALD 두가지 방식으로 형성된 $Al_2O_3$ 껍질층의 특성 차이를 비교 관찰하고 이에 따른 염료감응태양전지의 소자 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.412-412
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• 2016

염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 식물의 광합성원리와 매우 유사한 작동원리를 갖고 있는 전지이며, 간단한 구조, 저렴한 제조단가, 친환경성 등의 등의 장점으로 인하여 많은 관심을 모으고 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 빛을 받아들인 염료분자가 전자-홀 쌍을 생성하며 전자는 반도체 산화물을 통해 이동되고 전해질의 산화환원 과정을 통해 염료 분자가 다시 환원되는 순환메커니즘을 따르고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 밴드 갭 에너지가 큰 반도체 산화물을 포함하는 작업전극, 산화환원 반응을 통해 전자를 염료로 보내는 전해질, 환원 촉매역할을 하는 상대전극으로 구성되어 있다. 특히, 상대전극으로는 우수한 촉매특성과 높은 전도성을 갖는 백금이 가장 많이 이용되고 있지만 가격이 비싸고 요오드에 취약하기 때문에 상용화에 큰 장애물이다. 따라서, 백금을 대체하기 위해 저가의 탄소나 고분자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 그 중 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNFs)는 높은 표면적과 뛰어난 화학적 안정성으로 촉매효율을 증대시킬 수 있어 촉매물질로서 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 상대전극에 탄소나노섬유기반 복합체를 합성하였고, 성공적으로 저가격 및 고성능의 염료감응 태양전지를 제작하였다. 이때, 지지체인 탄소나노섬유는 전기방사법을 통해 합성하였으며, 수열합성법을 이용하여 금속산화물을 담지하였다. 이렇게 제작된 탄소나노섬유-Fe2O3 복합체는 scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy 통해 구조적, 화학적 특성을 평가하였으며 전기화학적 특성 및 광전변환 효율을 분석하기 위해 cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, 그리고 solar simulator를 사용하였다. 본 학회에서 위와 관련된 더 자세한 사항에 대해 논의할 것이다.

• 전기화학회지
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• 제12권4호
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• pp.301-310
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• 2009

본 논문에서는 현재 많이 연구되고 있는 염료감응 태양전지에 대해 전기화학적 접근을 통해 설명한다. 특히, 기존 도핑 개념을 적용하는 반도체 태양전지와 다른 점을 비교 설명하고, 이론적으로 어떻게 태양전지가 형성될 수 있는지를 설명한다. 또한 염료감응 태양전지가 탄생되게 된 과정을 고찰해 본다. 이어서, 태양전지에서 많이 사용되는 전기화학적 분석법을 설명하고, 어떻게 적용될 수 있는지 임피던스 분석법을 통해 설명한다. 전기화학에서 많이 사용되는 임피던스와 순환전압전류법을 통해, 염료감응 태양전지를 이루는 주성분인 금속산화물과 염료, 전해질의 에너지준위 분석법에 대해서 간단히 소개한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.68.1-68.1
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• 2010

염료감응형 태양전지에서 가능한 광전자의 이동경로에 대해 살펴보면 빛 에너지를 흡수한 루테늄계 염료는 기저상태에서 여기상태로 전이한 후 광전자의 반도체 전도띠로 전자주입이 이루어진다. 이러한 전자 중 일부는 반도체산화물의 트랩으로의 전이와 트랩에서 염료 기저상태로의 전이가 일어나고 일부 전자는 전해질의 이온종 또는 산화된 염료와 재결합하는 현상이 일어난다. 본 연구에서는 이러한 전자의 재결합을 막고자 p형 반도체인 NiO paste를 제작하여 $TiO_2$ 광전극 층 위에 코팅하였다. 코팅된 NiO 층은 홀수용체로서 염료에 전자를 제공해 주는 역할과 동시에 $TiO_2$ 가전도대로 이동되었던 전자들이 염료의 기저상태의 홀이나 전해질로의 전자 유입이 이루어지는 전자의 재결합을 막는 방벽의 역할을 동시에 하게 된다. 제작된 염료감응형 태양전지 셀의 에너지 변환효율 특성을 알아보기 위하여 1000 W Xe Arc Lamp와 Air Mass 1.5, filter가 장착된 Thermo-Preal (USA) Solar simulator system을 사용하여 개방전압 (Voc), 광전류 (Isc), fill factor (FF), 에너지변환 효율 (${\eta}$)을 조사하였으며 광학현미경을 통해 염료의 흡착 정도를 비교해 보았다. NiO의 코팅 두께나 NiO 나노입자 크기에 따라 염료감응형태양전지에서 에너지변환효율에 미치는 영향을 조사하였다. NiO가 코팅되지 않은 $TiO_2$ 광전극과 비교해 볼 때 NiO 코팅시 Voc와 Isc의 증가로 인해 에너지변환효율이 20% 이상 향상되는 것을 볼 수 있었다.

• 분석과학
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• 제9권1호
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• pp.62-71
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• 1996

광전기화학쎌을 사용하여 염료 감응법으로 태양에너지의 전기적 에너지 전환효율을 극대화하고자 하였다. 초감응제 thiourea를 포함하는 rose bengal 감응 광전류의 크기는 thiourea가 존재할 경우 5배 이상이었으나 장시간에 걸친 광조사는 전류를 감소시켰다. 광조사 전후 염료 용액의 변화를 분광학적으로 조사한 결과 광촉매작용에 의하여 용액 중에서 염료가 광표백되고 불용성의 침전이 형성되어 그 결과 용액으로부터 염료가 사라져 광전류가 감소하는 것을 확인하게 되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.118-120
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• 2009

태양전지는 무한한 차세대 청정에너지로 주목을 받으며 그 개발의 필요성이 높아지고 있다. 이중 염료 감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC)는 낮은 제조 단가와 높은 효율로 기존의 Si 태양전지를 대체할 새로운 방법으로 연구되고 있다. 염료감응태양전지에 사용되는 $TiO_2$는 광촉매 성질 및 전자 전도성이 좋으며, 무독성에 가격이 저렴하여 다양한 분야에서 현재 많이 연구되고 있는 재료이다. 많이 사용되어지는 TiO2의 표면적은 염료의 흡착에 관여하므로 표면적의 제어는 매우 중요한 요소이다. $TiO_2$를 기판에 증착하는 방법으로는 Electrophoretic deposition, Chemical bath deposition, RF Margnetron sputtering, Electron-beam evaporation 등이 있으며 본 실험에서는 RF Magnetron sputtering을 사용하여 기판에 증착시키는 방법으로 구조를 제어하고자 한다. 이렇게 제조된 $TiO_2$ 박막을 SEM(Scanning Electron Microscopy)과 Solar simulator를 이용하여 표면형상과 Photocurrent-voltage curve를 분석하였다. 이것을 토대로 제조된 $TiO_2$박막의 구조가 염료감응태양전지에 미치는 영향을 연구해보고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.1293-1294
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• 2007

태양전지는 대표적인 결정질 실리콘 태양전지를 비롯해 다양한 종류가 있지만 모두 입사광의 광량이나 광도에 출력이 의존한다는 점은 공통적이다. 이는 입사광의 에너지를 받아 염료 분자의 여기를 통해 전자를 생산하는 염료감응형 태양전지의 매커니즘에도 적용되는 것이다. 즉, 입사광의 광도나 광량의 값이 클수록 염료감응형 태양전지는 더 높은 출력전력을 생산한다는 의미이다. 본 연구에서는 투명성 때문에 입사광의 투과도가 높은 염료감응형 태양전지의 특성에 착안해 상대전극에 금속박막을 sputtering함으로써 입사광의 반사율을 증가시켜 입사된 광의 에너지를 더 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 시도했다. 금속박막의 재료로 니켈, 백금, 은을 대상으로 실험한 결과, 금속박막을 sputtering 하지 않은 경우에 비해 전체적으로 염료감응형 태양전지의 효율이나 전력면에서 개선된 결과를 얻었고 그 중 백금 반사막을 입힌 셀로부터 최대 24.4%의 투과도 감소를 비롯, 11.5%의 출력전력의 증가와 0.4%의 효율 상승을 이끌어냈다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.56.2-56.2
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• 2011

고효율 염료감응 태양전지를 제작하기 위해 Sol-gel법을 사용하여 $TiO_2$ 분말을 제조하였다. 제조 과정 중 다양한 양의 nitric acid를 첨가하여 pH를 조절하였다. Sol-gel법을 위한 출발 물질로 titanium (IV) isopropoxide(TTIP)와 DI water를 사용하였으며 nitric acid은 0, 0.05, 0.1, 0.15의 몰비(nitric acid/TTIP)로 첨가하였다. 첨가한 결과 pH는 $22^{\circ}C$에서 각각 5.52, 2.26, 1.68, 1.38이었다. 얻어진 $TiO_2$ 콜로이드 용액은 결정성 있는 분말로 제조 후 $5{\times}5[mm^2]$ 크기의 염료감응 태양전지를 제작하는데 사용 되였다. $TiO_2$의 결정구조 및 형태는 cell의 XRD와 FE-SEM으로 분석되었고 전기화학적 특성을 분석하기 위해 irradiation of AM 1.5 ($100mW/cm^2$) simulatedsunlight에서 I-V 곡선을 측정하였다. 측정 결과 몰비(nitric acid/TTIP) 0.05, pH가 2.26일 때 가장 우수한 효율 특성을 보였다.