• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.189-191
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• 2005

태양전지 분야에서 최근 크게 주목받고 있는 염료감응형 태양전지(DSC)의 효율 및 대면적화에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있다. 그러나 염료감응형 태양전지의 대면적화로 인한 셀 내부의 전자 흐름에 관한 셀 특성의 고찰은 이루어지고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 염료감응형 태양전지의 대면적화에 앞서 염료감응형 태양전지의 대면적화에 따른 셀 특성을 알아보았다. 본 실험에서는 대면적화의 하나의 변수로서 셀의 가로 폭을 선택하였고, 가로 폭의 변화에 따른 각 샘플 셀의 전기특성을 확인하였다. 그 결과 셀의 폭이 증가할수록 표면저항이 커져 염료에서 발생된 광전자가 표면저항으로 인해 포집이 잘 이루어지지 않게 되어 전자의 흐름이 원활하지 않게 됨을 알 수 있었다. 궁극적으로 셀의 대면적화는 표면저항의 증가로 이어져 셀 특성에 나쁜 영향을 미치게 됨을 확인 할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.302-304
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• 2007

전세계적으로 에너지난과 환경오염난을 겪고 있는 가운데 최근 대체에너지에 대한 관심이 어느 때보다 높은 시기이다. 다양한 대체에너지 중에서도 태양광 에너지는 우리나라 환경에 적합해 많은 연구가 진행 중인 분야이다. 대부분의 태양광 발전 시장이 결정질 실리콘 태양전지가 차지하고 있으나 경제성의 한계로 인해 최근 염료감응형 태양전지가 이를 대체할 수 있는 전지로 주목받고 있다. 본 연구에서는 염료감응형 태양전지의 상대전극에 증착하는 백금층의 두께 변화가 가져오는 출력특성의 영향을 연구했다. 상대전극에 증착되는 백금 박막은 염료감응형 태양전지의 매커니즘에서 입사광의 반사와 전기화학적 촉매작용 역할을 하는 것으로 박막의 두께가 두꺼워지면 반사율이 증가해 염료 분자가 받는 에너지가 늘어날 것으로 예상했다. 상대전극에 백금 Sputtering하는 시간을 1분에서 최대 5분까지 차를 두어 상대전극의 백금 박막의 두께를 $50nm{\sim}250nm$로 변화를 주어 측정한 결과, 250nm의 백금 박막층을 갖는 염료감응형 태양전지보다 백금 박막층이 150nm의 두께를 가질 때 가장 좋은 효율을 출력한다는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 상대전극의 백금 박막층에 의한 거울 효과와 촉매작용의 한계와 전자의 흐름 장애에 대한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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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.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.51 no.1
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• pp.157-161
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• 2013

Low priced and environment-friendly natural dye from coumarin- containing plants for the dye sensitized solar cell (DSSC) was developed. Dyes were extracted from cinnamon and angelica that contained coumarin derivatives, and DSSCs employing these dyes were prepared. PV efficiency of 0.75% was obtained from cinnamon dye, which is comparable to the highest efficiency reported in precedent studies about natural dye DSSC. It was confirmed by UV-visible and FT-IR spectroscopy that coumarin derivatives in the plants acted as photosensitive material.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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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.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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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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• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.436-437
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• 2012

염료감응형 태양전지의 성능을 향상시키기 위해서는 염료에서 여기된 전자가 TiO2 계면을 따라 TCO (Transparent Conductive Oxide)로 이동하지 않고 산화된 염료나 전해질과 재결합하는 것을 차단하는 것, 그리고 염료에 TCO의 전기적 접촉을 차단하는 것 등이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 TiO2 박막층 위에 차단층 TiO2를 $450^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$에서 각각 소결한 뒤Blocking layer로서의 온도에 따른 상(phase) 변화를 통해 염료감응형 태양전지의 효율 향상에 대해 실험하였다. 기존 염료 감응형 태양전지에 대한 보고에 의하면 $600^{\circ}C$ 이상에서의 상은rutile 상임을 확인할 수 있다. 실험결과 Blocking layer로서의 TiO2를 $750^{\circ}C$에서 $750^{\circ}C$에서 sintering 했을 때, 가장 좋은 전기적 특성을 나타내었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1586-1587
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• 2011

염료 감응 태양전지(DSCs)는 최근 큰 발전을 이루고 있지만, 효율개선과 비용절감 등의 과제를 여전히 안고 있다. 염료 감응 태양전지(DSCs)의 효율 상승을 위해 염료, $TiO_2$ 산화물, 투명전극, 전해질 및 Pt 전극에 관한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 본 연구에서는 염료 감응 태양전지(DSCs)의 특성 분석을 위해 $TiO_2$ 두께를 $20{\mu}m$로 지정하고 면적을 $0.5{\times}0.5\;Cm^2$에서 $1.5{\times}1.5\;Cm^2$까지 증가시켜 개방전압($V_{oc}$), 단락전류밀도($J_{sc}$), 충진률 FF(%), 광전변환효율(${\eta}$)등의 특성을 분석해 보았다. 또한 염료가 흡착되는 시간을 12시간과 24시간으로 변화시켜 최적의 특성을 가지는 DSCs를 연구해 보았다.