Nanocrystalline $TiO_2$ spherical particle (NP) with a dimension of 5 ${\times}$ 5.5 nm and several nanorods (NR) with different aspect ratios (diameter ${\times}$ length: 5 ${\times}$ 8.5, 4 ${\times}$ 15, 4 ${\times}$ 18 and 3.5 ${\times}$ 22 nm) were selectively synthesized by a solvothermal process combined with non-hydrolytic sol-gel reaction. With varying the molar ratio of TTIP to oleic acid from 1:1 to 1:16, the NRs in the pure anatase phase were elongated to the c-axis direction. The prepared NP and NRs were applied for the formation of nanoporous $TiO_2$ layers in dye-sensitized solar cell (DSSC). Among them, NR2 ($TiO_2$ nanorod with 4 ${\times}$ 15 nm) exhibited the highest cell performance: Its photovoltaic conversion efficiency (${\eta}$) of 6.07%, with $J_{sc}$ of 13.473 mA/$cm^2$, $V_{oc}$ of 0.640 V, and FF of 70.32%, was 1.44 times that of NP with a size of 5 ${\times}$ 5.5 nm. It was observed from the transient photoelectron spectroscopy and the incident photon to current conversion efficiency (IPCE) spectra that the $TiO_2$ films derived from NR2 demonstrate the longest electron diffusion length ($L_e$) and the highest external quantum efficiency (EQE).
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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pp.441-441
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2009
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been widely investigated as a next-generation solar cell because of their simple fabrication process and low coats. The cells use a porous nanocrystalline TiO2 matrix coated with a sensitizer dye that acts as the light-harvesting element. The photo-exited dye injects electrons into the $TiO_2$ particles, and the oxide dye reacts with I- in the electrolyte in regenerative cycle that is completed by the reduction of $I_3^-$ at a platinum-coated counter electrode. Since $TiO_2$ porous film plays a key role in the enhancement of photoelectric conversion efficiency of DSSC, many scientists focus their researches on it. Especially, a high light-to-electricity conversion efficiency results from particle size and crystallographic phase, film porosity, surface structure, charge and surface area to volume ratio of porous $TiO_2$ electrodes, on which the dye can be sufficiently adsorbed. Effective treatment of the photoanode is important to improve DSSC performance. In this paper, to obtain properties of surface and dispersion as nitric acid treated $TiO_2$ photoelectrode was investigate. The photovoltaic characteristics of DSSCs based the electrode fabricated by nitric acid pre-treatment $TiO_2$ materials gave better performances on both of short circuit current density and open circuit voltage. We compare dispersion of $TiO_2$ nanoparticles before and after nitric acid treatment and measured Ti oxidized state from XPS. Low charge transfer resistance was obtained in nitric acid treated sample than that of untreated sample. The dye-sensitized solar cell based on the nitric acid treatment had open-circuit voltage of 0.71 V, a short-circuit current of 15.2 mAcm-2 and an energy conversion efficiency of 6.6 % under light intensity of $100\;mWcm^{-2}$. About 14 % increases in efficiency obtained when the $TiO_2$ electrode was treated by nitric acid.
When the 0-2 mol% of $\textrm{La}_{3+}$ were added to the nanocrystalline $BaTiO_3$ powders and sintered at $1200~1400^{\circ}C$, the nanocrystailine $BaTiO_3$ ceramics having the average grain size of 110-240 nm were obtained except for when no $\textrm{La}_{3+}$ was added and sintered at > $1350^{\circ}C$. As the average grain size decreased from 240 nm to 110 nm, the tetragonality (c/a) and volume fraction of the $90^{\circ}$ domain decreased, and all the properties such as relative dielectric constant at room temperature, maximum relative dielectric constant at the temperature of phase transformation $\textrm{T}_{c}$ and diffuseness of phase transformation at $\textrm{T}_{c}$ also decreased. The results were attributed to the internal stress induced by inhibition of the $90^{\circ}$ domain formation in the case of finer grain size.
Structural and thermo-analytical studies were carried out to understand the phase formation kinetics of the single phase $Bi_5Ti_3FeO_{15}$ (BTFO) nanocrystals in $Bi_2O_3-Fe_2O_3-TiO_2$, during the polymerized complex (PC) synthesis method. The crystallization of Aurivillius phase $Bi_5Ti_3FeO_{15}$ layered perovskite was found to be initiated and achieved under the temperature conditions in the range of ${\sim}$800 to 1050$^{\circ}C$. The activation energy for grain growth of $Bi_5Ti_3FeO_{15}$ nanocrystals (NCs) was very low in case of NCs formed by PC (2.61 kJ/mol) than that formed by the solid state reaction (SSR) method (10.9 kJ/mol). The energy involved in the phase transformation of Aurivillius phase $Bi_5Ti_3FeO_{15}$ from $Bi_2O_3-Fe_2O_3-TiO_2$ system was ${\sim}$ 69.8 kJ/mol. The formation kinetics study of $Bi_5Ti_3FeO_{15}$ synthesized by SSR and PC methods would not only render a large impact in the nanocrystalline material development but also in achieving highly efficient visible photocatalysts.
Intensity modulated photocurrent spectroscopy and intensity modulated photovoltage spectroscopy were investigated to measure the dynamic response of charge transfer and recombination in the standard, $TiCl_4$-treated and the combined scattering layer electrode dye-sensitized solar cells (DSSCs). IMPS and IMVS provided transit time ($\tau_n$), lifetime ($\tau_r$), diffusion coefficient ($D_n$) and effective diffusion length ($L_n$). These expressions are derived that generation, collection, and recombination of electrons in a thin layer nanocrystalline DSSC under conditions of steady illumination and with a superimposed small amplitude modulation. In this experimental, IMPS/IMVS showed that the main effect of $TiCl_4$ treatment is to suppress the recombination of photogenerated electrons, thereby extending their lifetime. And the Diffusion coefficient of combined scattering layer electrode is $6.10{\times}10^{-6}$ higher than that of the others, resulting in longer diffusion length.
Kim, Won-Baek;Wang, Hee-Ji;Roh, Ki-Min;Cho, Sung-Wook;Lim, Jae-Won;Shon, In-Jin
Korean Journal of Metals and Materials
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제50권4호
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pp.310-315
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2012
Nano-powders of 1.5TiAl and $Al_2O_3$ were synthesized from $1.5TiO_2$ and 3Al powders by high energy ball milling. Nanocrystalline $Al_2O_3$ reinforced composite was consolidated by pulsed current activated sintering within 2 minutes from mechanochemically synthesized powders of $Al_2O_3$ and 1.5TiAl. The relative density of the composite was 99.5%. The average hardness and fracture toughness values obtained were $1250kg/mm^2$ and $10MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.
A solar cell based on dye-sensitized photoelectric conversion was studied by electrochemical and spec-trofluorometric methods for the purposes of enhancing its efficiency and stability of $TiO_2$ solar cells. Nanocrystalline $TiO_2$ was used to prepare photoelectrodes, and photosensitizing dyes such as malachite green oxalate, basic blue3, rhodamine B, and bromocresol purple were chosen as sensitizers. Electrochemical oxidation potentials and absorption and emission wavelengths of dyes were used to determine energy levels of the dyes. By comparing excited energy levels of the dyes with the conduction band edge potential $(E_{c,s})\;of\;TiO_2$ calculated by using the flat-band potential $(E_{fb})\;of\;TiO_2$, properties of a dye required to fabricate a high efficient photosensitizing solar cell with high short-circuit current $(J_{sc})$ were suggested. Enhanced stability of photocurrent was obtained by coating a $TiO_2|ITO$ electrode with Polypyrrole that Possibly Prevented the recombination between the conduction band electrons and oxidized dyes and suppressed the direct electrode redox reactions of dyes on ITO.
Nanopowders of MgO and $TiO_2$ were made by high energy ball milling. The rapid synthesis and sintering of the nanostructured $MgTiO_3$ compound was investigated by the high-frequency induction heated sintering process. The advantage of this process is that it allows very quick densification to near theoretical density and inhibition grain growth. Nanocrystalline materials have received much attention as advanced engineering materials with improved physical and mechanical properties. As nanomaterials possess high strength, high hardness, excellent ductility and toughness, undoubtedly, more attention has been paid for the application of nanomaterials. A highly dense nanostructured $MgTiO_3$ compound was produced with simultaneous application of 80 MPa pressure and induced current within 2 min. The sintering behavior, gain size and mechanical properties of $MgTiO_3$ compound were investigated.
Photoinduced electron transfer from the charge-transfer excited states of Ru(tpy)(bpy(COOH)₂)$CN^+$, Ru(tpy)(bpy(COOH)₂)$Cl^+$, Ru(tpy)(bpy(COOH)₂)H₂+O², and Ru(tpy)(bqu(COOH)₂)$Cl^+$ to the conduction band of TiO₂ has been studied through photoelectrochemical methods. Ru(tpy)(bpy(COOH)₂)$CN^+$ produced the highest current density and open-circuit photovoltage, whereas Ru(tpy)(bqy(COOH)₂)$Cl^+$ produced the lowest values. A potential barrier was employed to explain the experimental result that the rate of the electron transfer increases with increasing the energy difference between the donor and acceptor. A sensitizer with a high current density yielded a high photovoltage and a high conversion efficiency. The reduction rate of the oxidized sensitizer decreased with the increases in the reduction potential of the sensitizer, resulting in a poor stability of a photoelectrochemical cell.
The nature and morphology of titanium dioxide films play a significant role in determining the overall efficiency of dye-sensitized solar cell (DSSCs). In this work, the preparation of nanostructured titania particles by sol-gel method (SG-$TiO_2$) and its characterization were investigated for the application of DSSCs. The samples were characterized by XRD, XPS, FE-SEM, BET and FT-IR analysis. The energy conversion efficiency of SG-$TiO_2$ was approximately 8.3 % under illumination with AM 1.5 (100 mW/$cm^2$) simulated sunlight. DSSCs made of SG-$TiO_2$ nanocrystalline films as photoanodes achieved better energy conversion efficiency compared to those prepared using commercially available Degussa P25.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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