• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.11a
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• pp.691-694
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• 2004

염료감응형 태양전지는 다공질 $TiO_2$ 전극막, 광감응형 염료, 전해질, 상대전극으로 구성된, 전기화학적 원리를 응용한 신형태양전지이다. 염료감응형 태양전지의 상대전극으로 주로 Pt가 사용되고 있는데 본 연구에서는 탄소나노튜브를 사용하여 상대전극으로서의 가능성을 조사하였다. 제조된 탄소나노튜브 상대전극은 cyclic voltammetry와 Impedance spectroscopy을 이용하여 전기화학적 특성을 측정하였다. 또한 탄소 나노튜브 상대 전극이 태양전지의 효율 및 그 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 단위 셀 태양전지를 제조하여 단파장 하에서의 광전특성을 측정하고, 이를 바탕으로 탄소나노튜브의 상대전극으로서의 가능성을 제시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.150-152
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• 2009

본 연구는 염료감응형 태양전지에 적용되는 TiO2 나노입자를 개선하여 3차원적인 nanobranch를 수열법으로 합성하여 전자의 이동을 향상시키며, 비표면적을 늘려 효율향상을 위하여 전극 구조를 제어하였다. nanobranch의 seed인 nanowire를 XRDd, FE-TEM과 solar simulator를 이용하여 비교 분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.1
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• pp.177-181
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• 2012

Dye-sensitized solar cells(DSSCs) based on $TiO_2$ film photo anode incorporated with different amount of grapheme nanosheet(GNS) are fabricated and their photovoltaic performance are investigated. The $TiO_2$-GNS composite electrode has been prepared by a direct mixing method. The DSSC performance of this composite electrode was measured using N3 dye as a sensitizer. The performance of DSSCs using the $TiO_2$-GNS composite electrodes is dependent on the GNS loading in the electrodes. The results show that the DSSCs incorporating 0.01 wt% GNS in $TiO_2$photo anode demonstrates a maximum power conversion efficiency of 5.73%, 26% higher than that without GNS. The performance improvement is ascribed to increased N3 dye adsorption, the reduction of electron recombination and back transport reaction as well as enhancement of electron transport with the introduction of GNS. The presence of both $TiO_2$(anatase) and GNS has been confirmed by FieldEmission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM). The decrease in recombination due to GNS in DSSCs has been investigated by the Electrochemical Impedance Spectroscopy.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.96.1-96.1
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• 2010

현재 태양광 시장에 진출한 대부분의 Si계열 태양전지는 복잡한 공정과 원재료 고갈, 높은 가격으로 인해 한계에 직면에 있는 상태이다. 최근 많은 연구소나 학교에서는 기존의 Si계열 태양전지를 대체할 대안으로 염료 감응형 태양전지에 대해서 높은 관심을 보이고 있으며, 그동안의 연구개발로 단위 셀 면적에서는 상용화에 근접한 효율을 확보한 상태이다. 염료 감응형 태양전지의 작동과정을 간단히 단계별로 살펴보면 나노 결정 산화물 반도체 표면에 흡착된 염료분자가 가시광선을 흡수하면 전자는 HOMO에서 LUMO로 천이하고 이 들뜬 상태의 전자는 다시 에너지 준위가 낮은 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 나노 입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 확산, 전달되고 산화된 염료분자는 전해질 I-에 의해 다시 환원되어 중성 분자가 된다. 그러나 표면상태 전자 중 일부는 산화된 염료와 다시 결합하거나, 전해질의 $I^{3-}$ 이온을 환원시키기도 한다. 이와 같은 과정은 암전류를 증가시키면서 반도체 전극 막의 성능을 저해하는 주원인이 된다. 전자의 재결합은 투명 전극을 통해서도 가능하기 때문에 투명 전극에 얇은 blocking layer를 도포한 후 나노 결정 산화물 반도체 전극을 제작하면 전지 특성을 향상시킬 수 있다. 본 실험에서 우리는 졸-젤 법으로 $TiO_2$ blocking layer 졸을 만들었고 간단하며 저가공정이 가능한 스크린 프린팅 방법으로 blocking layer를 형성하는 실험을 진행하였다. 전도띠 에너지가 높은 반도체 물질로 표면을 처리하면 $TiO_2$-전해질 간 계면에 에너지 장벽이 형성되어 재결합을 줄여 모든 광전특성이 향상 되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07a
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• pp.336-339
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• 2004

근래에 $TiO_2$를 이용한 염료감응형 태양전지에 대한 연구가 많이 진행되어 이미 실용화 단계에 이르고 있다. 그러나, 이러한 $TiO_2$를 이용한 태양전지 효율이 한계에 이르러 이를 향상시키기 위한 노력이 다방면에서 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 넓은 밴드갭 직접형 반도체재료로서, 전기적, 열적, 광학적, 촉매 특성이 우수하고, 압전성이 크고 광투과성 및 형광성이 매우 우수하여, 현재 여러 전자사업 분야에서 사용될 뿐아니라, 태양전지분야에서도 최근 관심이 증대되고 있는, ZnO를 이용하여 $TiO_2$ 대체 전극재로서의 가능성을 고찰하였다. ZnO 슬러리는 유계 방법을 이용하여 제조하였고, 막은 닥터 블레이드(doctor blade)법에 의해 TCO 위에 형성되었다. 원료 분말 및 막의 형상은 FE-SEM에 의해 확인되었다. 형성된 막은 다양한 조건에서 소결하여, 최종적으로 샌드위치형 염료감응형 셀을 제조한 후 효율을 측정 비교하여 태양전지의 활성 전극 재료로서 적정한 ZnO 조건을 예측할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.175-175
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• 2011

최근 석유 자원의 고갈로 인하여 요구되는 대체 에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다. 그중 태양에너지는 지구의 생명체가 살아가는 에너지의 근원으로서 매초 800~1,000 W에 달하는 에너지양으로 볼 때 태양은 인류가 가장 풍부하게 활용할 수 있는 에너지원이다. 태양에너지를 이용한 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)는 제조원가를 낮출 수 있고, 유리 전극을 이용한 투명한 태양전지를 제조할 수 있어 건물의 유리창등으로 응용할 수 있는 장점이있다. 이러한 광변환 효율을 증가시키기 위한 방법으로 전기방사 TiO2 Nanofiber를 기계적으로 갈아서 제조한 TiO2 Nanorod 와 TiO2 Nanoparticle를 섞어서 만든 paste를 이용하여 넓은 표면적과 빠른 전자수송도를 갖게 하였고, 흡착된 염료에서 발생되는 광전자가 전해질의 산화, 환원되는 요오드 이온(I-/I3-)과의 재결합(recombination)현상을 TiO2 전극 위에 높은 밴드갭(band-gap)을 가지는 Al2O3 박막을 TriMethylAluminium (TMA) 전구체를 이용한 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정을 사용하여 진공증착 통해 광전변환효율이 떨어지는 현상을 방지하여 효율을 높였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.177-180
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• 2005

본 연구에서는 염료 감응형 태양전지의 효율 향상을 위한 유리 기판 및 전극 패턴에 따른 특성 변화와 대면적화 모듈을 위한 금속 그리드의 특성을 보여준다. 단위 셀 단위의 기본적인 재료와 기존의 제조 방법에 의해 제조된 염료 감응형 태양전지(DSC)는 높은 내부 저항으로 인하여 대면적 셀의 변환 효율은 치명적으로 저하된다. 또한 증가하는 내부 저항 감소를 위해서 외부적인 제조 공정이 추가되지 않고서는 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 TCO(ITO) 식각, $TiO_2$ 식각, $50mm{\times}50mm$ 셀과 $100mm{\times}30mm$ 셀의 특성 비교 실험을 통해서 변환 효율 상승효과를 얻었고 광전류 포집 향상을 기대하기 위해 Pt 그리드를 이용해 current correcting line을 증착시켰다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.21 no.3
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• pp.291-294
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• 2010

Recently, the design of the multi-layered $TiO_2$ electrodes has been attracted for high efficiency of dye-sensitized solar cells. In this study, conversion efficiency of the multi-layered $TiO_2$ electrodes was investigated by using small and large $TiO_2$ nanoparticles. Nanostructured $TiO_2$ powders were prepared by $TiCl_4$ hydrolysis. Differently sized $TiO_2$ powders of which the average diameter was 7.6 and 18 nm were obtained by controlled calcination temperature. It was confirmed that multi-layered $TiO_2$ electrodes significantly influence short-circuit current (Jsc) and also show higher conversion efficiency than dye-sensitized solar cells consisting of each particles.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.51-51
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• 2011

1991년 스위스연방기술원(EPFL) 화학과 교수 Michae Gratzel이 발명한 염료감응 태양전지 (DSSC)는 값싼 원료와 저가공비 면에서 가장 경쟁력 있는 기술의 하나로 큰 기대를 받고 있다. 염료감응 태양전지의 특징은 전극기판의 재료나 염료를 바꿈으로서 형상이나 색체에 다양성을 갖도록 할 수 있다. 일반적인 염료감응 태양전지의 원리는 태양광이 염료 분자에 흡수, 염료는 여기상태가 되어 전자를 n형 반도체인 $TiO_2$의 전도대로 흘리고, 전자는 TCO전극으로 이동하여 외부 부하에 전기 에너지를 전달하고 상대전극으로 이동, 염료는 $TiO_2$에 전달한 전자 수만큼 전해질로부터 전자를 공급 받아 원래의 상태로 돌아가게 되는 원리에 의하여 발전된다. 전해질로는 $I^-/I_3^-$와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, $I^-$ 이온의 source로는 LiI, NaI,이미다졸리움 요오드 등이 사용되며, $I_3^-$는 이온은 $I_2$를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. 액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높은 에너지 변환 효율이 가능하지만, 전극 간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제를 가지고 있다. 반면, 고분자를 매질로 채택할 경우에는 누액의 염료는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지 변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 본 연구는 염료감응 태양전지에서 가장 큰 문제가 되고 있는 고체 전해질의 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 dimethylsulfoxide solvent 에 녹말 일정량을 녹여 Starch-$I_2$ complex 를 시켜주므로, 광 전압{\cdot}{\cdot}$전가 증가되었으며, 전지의 안정성이 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.355-355
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• 2011

최근 석유 자원의 고갈로 인하여 요구되는 대체 에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다. 그 중 태양에너지는 지구의 생명체가 살아가는 에너지의 근원으로서 매초 800~1000 W에 달하는 에너지양으로 볼 때 태양은 인류가 가장 풍부하게 활용할 수 있는 에너지원이다. 태양에너지를 이용한 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)는 제조원가를 낮출 수 있고, 유리 전극을 이용한 투명한 태양전지를 제조할 수 있어 건물의 유리창등으로 응용할 수 있는 장점이있다. 이러한 태양전지의 에너지 변환 효율을 증가시키기 위한 방법으로 흡착된 염료에서 발생되는 광전자가 전해질의 산화, 환원되는 요오드 이온(I-/I3-)과의 재결합(recombination)현상으로 인해 광전변환효율이 떨어지는 현상이 발생한다. 이에 본 연구는 TiO2 전극 위에 높은 밴드 갭(band-gap)을 가지는 Al2O3 박막을 TriMethylAluminium(TMA) 전구체를 이용한 Atomic Layer Deposition(ALD) 공정을 사용하여 증착, 재결합 방지 효과에 대한 연구를 진행하였다.