• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.8.1-8.1
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• 2011

Nanocrystalline titanium dioxide ($TiO_2$) materials have been widely used as an electron collector in DSSC. This is required to have an extremely high porosity and surface area such that the dye can be sufficiently adsorbed and be electronically interconnected, resulting in the generation of a high photocurrent within cells. In particular, their geometrical structures and crystalline phase have been extensively investigated as important issues in improving its photovoltaic efficiency. In this study, we present a new strategy to fabricate a photoelectrode having a periodic structured $TiO_2$ film templated from 1D or 3D polystyrene (PS) microspheres array. Monodisperse PS spheres of various radiuses were used for colloidal array on FTO glasses and two types of photoelectrode structures with different $TiO_2$ materials were investigated respectively. One is the igloo-shaped electrode prepared by $TiO_2$ deposition by RF-sputtering onto 2D microsphere-templated substrates. At the interface between the film and substrate, there are voids formed by the decomposition of PS microspheres during the calcination step. These holes might be expected to play the predominant roles as scattering spherical voids to promote a light harvesting effect, a spacious structure for electrolytes with higher viscosity and effective paths for electron transfer. Additionally the nanocrystalline $TiO_2$ phase prepared by the RF-sputtering method was previously reported to improve the electron drift mobility within $TiO_2$ electrodes. This yields solar cells with a cell efficiency of 2.45% or more at AM 1.5 illumination, which is a very remarkable result, considering its $TiO_2$ electrode thickness (<2 ${\mu}m$). This study can be expanded to obtain higher cell efficiency by higher dye loading through the increase of surface area or multi-layered stacking. The other is the inverse opal photonic crystal electrode prepared by titania particles infusion within 3D colloidal arrays. To obtain the enlargement of ordered area and high quality of crystallinity, the synthesis of titania particles coated with a organic thin layer were applied instead of sol-gel process using the $TiO_2$ precursors. They were dispersed so well in most solvents without aggregates and infused successfully within colloidal array structures. This ordered mesoporous structure provides the large surface area leading to the enough adsorption of dye molecules and have an light harvesting effect due to the photonic band gap properties (back-and-forth reflection effects within structures). A major advantage of this colloidal array template method is that the pore size and its distribution within $TiO_2$ photoelectrodes are determined by those of latex beads, which can be controlled easily. These materials may have promising potentials for future applications of membrane, sensor and so on as well as solar cells.

• Elastomers and Composites
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• 제47권1호
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• pp.2-8
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• 2012

본 연구에서는 식물성 오일로부터 여러 가지 기능기를 가진 soybean resin(AESO, MAESO)을 제조하였으며, nanoclay를 사용하여 새로운 고기능성 바이오-나노 복합 재료를 개발하였다. 또한 제조된 soybean resin을 바인더로 이용하여 $TiO_2$ 광전극을 제조하고 친환경 염료감응형 태양전지를 개발하다. 제조된 나노복합재료의 형태는 고분자의 삽입에 의해 층간 간격이 증가된 형태와 박리된 형태를 조절하였으며 나노 클레이 함량이 증가됨에 따라 물리적 성질이 증가하였다. 또한 COOH기가 첨가된 MAESO에서 분산도가 향상되었고 초음파 처리에 의해 분산도가 더욱 향상되어 물리적 특성이 현저히 향상되었다. 또한 $TiO_2$를 질산처리 한 후 soybean resin을 바인더로 이용하여 나노 다공성 $TiO_2$ 광전극을 제조하였으며 염료를 흡착시킨 후 염료감응형 태양전지를 제조하였다. AESO와 MAESO를 바인더로 제조한 $TiO_2$ 광전극에서는 향상된 분산성과 표면적 증가로 인해 염료 흡착량이 증가하였다. 이로 인해 높은 전류밀도를 나타내었으며, 첨가된 기능기의 영향으로 $TiO_2$ 계면의 저항이 낮아져 매우 좋은 광전기화학적 특성과 높은 효율을 나타내었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권2호
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• pp.33-38
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• 2020

광전기화학적 물분해에서 광전극으로 이용되는 GaN은 전해질에 대해 높은 안정성을 가지고 있으며 물의 산화 환원준위를 포함하고 있어 외부전압 없이 물분해가 가능하다. 그러나 GaN 광전극의 경우, 재료 자체의 효율이 낮아 상용화하기에는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 광효율을 향상시키기 위해 Cobalt phosphate(Co-pi) 촉매를 광전기증착(Photoelectro-deposition)방법을 통하여 GaN 광전극에 도입하였다. Co-pi 촉매 증착 후 SEM, EDS, XPS분석을 진행하여 Co-pi의 증착 여부 및 증착 정도를 확인하고, Potentiostat를 이용해 PEC 특성을 분석하였다. SEM 이미지를 통해 Co-pi가 GaN 표면 위에 20~25 nm 사이즈의 클러스터 형태로 고르게 증착되어 있는 것을 확인하였다. EDS 및 XPS 분석을 통해 GaN 표면의 입자가 Co-pi임을 확인하였다. 이 후 측정된 PEC 특성에서 Co-pi를 증착 시킨 후 0.5 mA/㎠에서 0.75 mA/㎠로 향상된 광전류밀도 값을 얻을 수 있었다. 향상된 원인을 밝히기 위하여, 임피던스 및 Mott-Schottky 측정을 진행하였고, 측정 결과, 50.35 Ω에서 34.16 Ω으로 감소한 분극저항(R_p)과 증가된 donor 농도(N_D) 값을 확인하였다. 물분해 전 후, 표면 성분을 분석한 결과 물분해 후에도 Co-pi가 남아있음으로써 Co-pi 촉매가 안정적이라는 것을 확인하였다. 이를 통해, Co-pi가 GaN의 효율 향상을 위한 촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, 다른 광전극에 촉매로써 적용시켰을 경우, PEC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 전기화학회지
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• 제2권4호
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• pp.232-236
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• 1999

염료감응 태양전지의 전극 물질로 금속산화물인 이산화티타늄$(TiO_2)$를 사용하고, 감응제로 malachite green oxalate, basic blue3, rhodamine B, bromocresol purple 염료를 사용할 때 광전환 효율을 높이고 안정성을 향상시키기 위하여 갖추어야될 염료의 전기화학적 특성과 분광학적 특성을 조사하였다. 기준전극에 대한 염료의 산화전위와 흡수파장을 전자볼트 단위로 환산한 값을 더하여 들뜬 상태를 얻었다. $TiO_2$전극의 평활전위$(E_{fb})$를 결정하여 전도띠 끝 준위$(E_{c,s})$를 계산하였으며, 이를 염료의 들뜬 상태와 비교함으로써 합선 전류$(J_{sc})$를 향상시킬 수 있도록 염료가 갖추어야 할 특성을 알아내었다. 또한 폴리피롤 전도성 고분자를 입혀 $TiO_2$의 결함자리에서 전도띠에 있는 전자가 산화된 염료와 재결합하는 것과 $TiO_2$필름의 균열에 의한 염료의 전극반응을 방지함으로써 광전류의 안정성을 향상시킨 결과를 얻었다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.85-92
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• 2021

태양에너지를 활용하여 전력을 생산하는 시스템인 Solar water battery는 광전기화학전지와 에너지저장시스템을 결합한 것으로 추가적인 외부 전압 없이 태양에너지의 전환과 저장을 동시에 할 수 있다. Solar water battery는 광전극, 저장전극 그리고 상대전극으로 구성되어 있고, 이들의 선택과 조합은 시스템의 성능과 효율에 있어 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 Solar water battery의 구성요소들을 변화시켜 시스템에 미치는 영향을 알고자 하였다. 상대전극이 방전 시 미치는 영향, 광전극과 저장전극의 전극 재료, 전해질의 종류에 따른 태양에너지 전환 효율과 저장 용량에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 이들의 최적화된 구성(TiO2 : NaFe-PB : Pt foil)에서 15시간동안의 광조사 후의 방전 용량이 72.393 mAh g-1으로 시스템 구성 조건에 따라 광전환/저장 효율이 크게 영향을 받음을 확인 할 수 있었다. 또한, 유기 오염물질을 광전극 반응조내 전해질에 첨가하여 광전하를 효율적으로 분리시킴으로써 광전류 증가시켰으며, 이로 인해 저장용량이 향상되고, 동시에 오염물질도 분해시킬 수 있음을 확인하였다. 이처럼 Solar water battery는 추가적인 외부 전압이 필요없는 새로운 친환경 태양에너지 전환/저장 시스템이며, 나아가 수처리에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.