Kim, Young-Mi;Kim, Su-Jung;Nahm, Kee-Pyung;Kang, Mi-Sook
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.31
no.10
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pp.2923-2928
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2010
This study examined the synthesis of the crystal structure of bis(2,2'-bipyridine)nitrato zinc (II) nitrate, $[Zn(bipy)_2(NO_3)]^+NO_3^-$ using a microwave treatment at 300 W and 60 Hz for the application to dye-sensitized solar cells. The simulated complex structure of the complex was optimized with the density functional theory calculations for the UV-vis spectrum of the ground state using Gaussian 03 at the B3LYP/LANL2DZ level. The structure of the acquired complex was expected a penta-coordination with four nitrogen atoms of bipyridine and the oxygen bond of the $NO_3^-$ ion. The reflectance UV-vis absorption spectra exhibited two absorptions (L-L transfers) that were assigned to the transfers from the ligand ($\sigma$, $\pi$) of $NO_3$ to the ligand ($\sigma^*$, $\pi^*$) of pyridine at around 200 - 350 nm, and from the non-bonding orbital (n) of O in $NO_3$ to the p-orbital of pyridine at around 450 - 550 nm, respectively. The photoelectric efficiency was approximately 0.397% in the dye-sensitized solar cells with the nanometer-sized $TiO_2$ at an open-circuit voltage (Voc) of 0.39 V, a short-circuit current density (Jsc) of $1.79\;mA/cm^2$, and an incident light intensity of $100\;mW/cm^2$.
Kim, Geum-Chae;Lee, Soo-Kyoung;Kim, Sang-Hyo;Hwang, Sook-Hyun;Choi, Hyon-Kwang;Jeon, Min-Hyon
Korean Journal of Materials Research
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v.19
no.1
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pp.50-53
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2009
Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized on different substrates (bare Si and $SiO_2$/Si substrate) to investigate dye-sensitized solar cell (DSSC) applications as counter electrode materials. The synthesis of MWNTs samples used identical conditions of a Fe catalyst created by thermal chemical vapor deposition at $900^{\circ}C$. It was found that the diameter of the MWNTs on the Si substrate sample is approximately $5{\sim}10nm$ larger than that of a $SiO_2$/Si substrate sample. Moreover, MWNTs on a Si substrate sample were well-crystallized in terms of their Raman spectrum. In addition, the MWNTs on Si substrate sample show an enhanced redox reaction, as observed through a smaller interface resistance and faster reaction rates in the EIS spectrum. The results show that DSSCs with a MWNT counter electrode on a bare Si substrate sample demonstrate energy conversion efficiency in excess of 1.4 %.
Ji, Seung Hwan;Yun, Hye Won;Lee, Jin Ho;Kim, Bum-Sung;Kim, Woo-Byoung
Korean Journal of Materials Research
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v.31
no.1
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pp.16-22
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2021
In this study, quantum dot-sensitized solar cells (QDSSC) using CdSe/ZnS quantum dots (QD) of various sizes with green, yellow, and red colors are developed. Quantum dots, depending their different sizes, have advantages of absorbing light of various wavelengths. This absorption of light of various wavelengths increases the photocurrent production of solar cells. The absorption and emission peaks and excellent photochemical properties of the synthesized quantum dots are confirmed through UV-visible and photoluminescence (PL) analysis. In TEM analysis, the average sizes of individual green, yellow, and red quantum dots are shown to be 5 nm, 6 nm, and 8 nm. The J-V curves of QDSSC for one type of QD show a current density of 1.7 mA/㎠ and an open-circuit voltage of 0.49 V, while QDSSC using three type of QDs shows improved electrical characteristics of 5.52 mA/㎠ and 0.52 V. As a result, the photoelectric conversion efficiency of QDSSC using one type of QD is as low as 0.53 %, but QDSSC using three type of QDs has a measured efficiency of 1.4 %.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.463-463
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2014
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have generated a strong interest in the development of solid-state devices owing to their low cost and simple preparation procedures. Effort has been devoted to the study of electrolytes that allow light-to-electrical power conversion for DSSC applications. Several attempts have been made to substitute the liquid electrolyte in the original solar cells by using (2,2',7,7'-tetrakis (N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9-9'-spirobi-fluorene (spiro-OMeTAD) that act as hole conductor [1]. Although efficiencies above 3% have been reached by several groups, here the major challenging is limited photoelectrode thickness ($2{\mu}m$), which is very low due to electron diffusion length (Ln) for spiro-OMeTAD ($4.4{\mu}m$) [2]. In principle, the $TiO_2$ layer can be thicker than had been thought previously. This has important implications for the design of high-efficiency solid-state DSSCs. In the present study, we have fabricated 3-D Transparent Conducting Oxide (TCO) by growing tin-doped indium oxide (ITO) nanowire (NWs) arrays via a vapor transport method [3] and mesoporous $TiO_2$ nanoparticle (NP)-based photoelectrodes were prepared using doctor blade method. Finally optimized light-harvesting solid-state DSSCs is made using 3-D TCO where electron life time is controlled the recombination rate through fast charge collection and also ITO NWs length can be controlled in the range of over $2{\mu}m$ and has been characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Structural analyses by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-Ray diffraction (XRD) results reveal that the ITO NWs formed single crystal oriented [100] direction. Also to compare the charge collection properties of conventional NPs based solid-state DSSCs with ITO NWs based solid-state DSSCs, we have studied intensity modulated photovoltage spectroscopy (IMVS), intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS) and transient open circuit voltages. As a result, above $4{\mu}m$ thick ITO NWs based photoelectrodes with Z907 dye shown the best performing device, exhibiting a short-circuit current density of 7.21 mA cm-2 under simulated solar emission of 100 mW cm-2 associated with an overall power conversion efficiency of 2.80 %. Finally, we achieved the efficiency of 7.5% by applying a CH3NH3PbI3 perovskite sensitizer.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.42.2-42.2
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2011
$TiO_2$ films were modified by adding a glass frit as a light scattering particle and applied to an anode electrode in dye-sensitized solar cells (DSSCs) to enhance the adhesion between $TiO_2$ and fluorine doped transparent oxide (FTO). Low melting point glass frits at contents of (3 to 7wt%) were added to the nano crystalline $TiO_2$ films. The light scattering properties, photovoltaic properties and microstructures of the photo electrodes were examined to determine the role of the low glass transition temperature ($T_g$) glass frit. Electrochemical impedance spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller method and scratch test were conducted to support the results. The DSSC with the $TiO_2$ film containing 3wt% low Tg glass frit showed optimal performance (5.1%, energy conversion efficiency) compared to the $TiO_2$-based one. The photocurrent density slightly decreased by adding 3wt% of the frit due to its large size and non conductivity. However, the decrease of current density followed by the decrease of electron transfer due to the large frit in $TiO_2$ electrode was compensated by the scattering effect, high surface area and reduced the electron transfer impedance at the electrolyte-dye-$TiO_2$ interface. The stability of the photo electrodes was improved by the frit, which chemically promoted the sintering of $TiO_2$ at relatively low temperature ($450^{\circ}C$).
Dinickel-silicide $(Ni_2Si)/glass$ was employed as a counter electrode for a dye-sensitized solar cell (DSSC) device. $Ni_2Si$ was formed by rapid thermal annealing (RTA) at $700^{\circ}C$ for 15 seconds of a 50 nm-Ni/50 nm-Si/glass structure. For comparison, $Ni_2Si$ on quartz was also prepared through conventional electric furnace annealing (CEA) at $800^{\circ}C$ for 30 minutes. XRD, XPS, and EDS line scanning of TEM were used to confirm the formation of $Ni_2Si$. TEM and CV were employed to confirm the microstructure and catalytic activity. Photovoltaic properties were examined using a solar simulator and potentiostat. XRD, XPS, and EDS line scanning results showed that both CEA and RTA successfully led to tne formation of nano $thick-Ni_2Si$ phase. The catalytic activity of $CEA-Ni_2Si$ and $RTA-Ni_2Si$ with respect to Pt were 68 % and 56 %. Energy conversion efficiencies (ECEs) of DSSCs with $CEA-Ni_2Si$ and $RTA-Ni_2Si$catalysts were 3.66 % and 3.16 %, respectively. Our results imply that nano-thick $Ni_2Si$ may be used to replace Pt as a reduction catalytic layer for a DSSCs. Moreover, we show that nano-thick $Ni_2Si$ can be made available on a low-cost glass substrate via the RTA process.
Uniform $TiO_2$ blocking layers (BLs) are fabricated using ultrasonic spray pyrolysis deposition (USPD) method. To improve the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells (DSSCs), the BL thickness is controlled by using USPD times of 0, 20, 60, and 100 min, creating $TiO_2$ BLs of 0, 40, 70, and 100 nm, respectively, in average thickness on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass. Compared to the other samples, the DSSC containing the uniform $TiO_2$ BL of 70 nm in thickness shows a superior power conversion efficiency of $7.58{\pm}0.20%$ because of the suppression of electron recombination by the effect of the optimized thickness. The performance improvement is mainly attributed to the increased open-circuit voltage ($0.77{\pm}0.02V$) achieved by the increased Fermi energy levels of the working electrodes and the improved short-circuit current density ($15.67{\pm}0.43mA/cm^2$) by efficient electron transfer pathways. Therefore, optimized $TiO_2$ BLs fabricated by USPD may allow performance improvements in DSSCs.
Ji, Seung Hwan;Park, Hyunsu;Kim, Doyeon;Han, Do Hyung;Yun, Hye Won;Kim, Woo-Byoung
Korean Journal of Materials Research
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v.29
no.3
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pp.183-188
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2019
Flexible dye-sensitized solar cells using binder free $TiO_2$ paste for low temperature sintering are developed. In this paste a small amount of titanium gel is added to a paste of $TiO_2$ nanoparticle. Analysis of titanium gel paste prepared at $150^{\circ}C$ shows that it has a pure anatase phase in XRD and mesoporous structure in SEM. The formation of the titanium gel 1-2 nm coated layer is confirmed by comparing the TEM image analysis of the titanium gel paste and the pristine paste. This coating layer improves the excited electron transfer and electrical contact between particles. The J-V curves of the organic binder DSSCs fabricated at $150^{\circ}C$ shows a current density of $0.12mA/cm^2$ and an open-circuit voltage of 0.47 V, while the titanium gel DSSCs improves electrical characteristics to $5.04mA/cm^2$ and 0.74 V. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the organic binder DSSC prepared at low temperature is as low as 0.02 %, but the titanium gel paste DSSCs has a measured effciency of 2.76 %.
Liquid crystal (LC; E7 and/or ML-0249)-embedded, poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-co-HFP)-based, polymer electrolytes were prepared for use in dye-sensitized solar cells (DSSCs). The electrolytes contained 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (PMII), tetrabutylammonium iodide (TBAI), and iodine ($I_2$), which participate in the $I_3^-/I^-$ redox couple. The incorporation of photochemically stable PVdF-co-HFP in the DSSCs created a stable polymer electrolyte that resisted leakage and volatilization. DSSCs, with liquid crystal(LC)-embedded PVdF-co-HFP-based polymer electrolytes between the amphiphilic ruthenium dye N719 absorbed to the nanocrystalline $TiO_2$ photoanode and the Pt counter electrode, were fabricated. These DSSCs displayed enhanced redox couple reduction and reduced charge recombination in comparison to that fabricated from the conventional PVdF-co-HFP-based polymer electrolyte. The behavior of the polymer electrolyte was improved by the addition of optimized amounts of plasticizers, such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). The significantly increased short-circuit current density ($J_{sc}$, $14.60\;mA/cm^2$) and open-circuit voltage ($V_{oc}$, 0.68 V) of these DSSCs led to a high power conversion efficiency (PCE) of 6.42% and a fill factor of 0.65 under a standard light intensity of $100\;mW/cm^2$ irradiation of AM 1.5 sunlight. A DSSC fabricated by using E7-embedded PVdF-co-HFP-based polymer electrolyte exhibited a maximum incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) of 50%.
In this study, in order to develop renewable bio-based nanocomposites, multi-functional nanocomposites from soybean resins (AESO, MAESO) and nanoclay were prepared. Photoelectrodes for environmental friendly dye-sensitized solar cell using soybean resin were also prepared. Organo-modified nanoclay was directly dispersed in functionalized soybean resins after mixing with styrene as a comonomer and radical initiator was used to copolymerize the nanocomposites. The observed morphology was a mixture of intercalated/exfoliated structure and the physical properties were improved by adding nanoclay. A nanocomposite using MAESO, which added COOH functional group to the soybean resin, showed better dispersibility than AESO composites. Ultrasonic treatment of the nanocomposites also improved the physical properties. Nanoporous $TiO_2$ photoelectrode was also prepared using soybean resins as a binder, after acid-treatment of $TiO_2$ surface using nitric acid. Dye-sensitized solar cells were prepared after adsorbing dye molecules on it. The $TiO_2$ photoelectrode prepared using soybean binder had high current density because of increased surface area by improved dispersibility. The photoelectrochemical properties and conversion efficiency of the solar cell were significantly improved using the soybean binder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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