연료감응형태양전지실험

목차

TABLE OF CONTENTS

ABSTRACT…………………………………………………………………………………………Ⅰ
TABLE OF CONTENTS………………………………………………………………………………Ⅱ
LIST OF FIGURES…………………………………………………………………………………Ⅲ

1. INTRODUCTION…………………………………………………………………………………1
　1-1. 태양전지…………………………………………………………………………………1
　1-2. 태양전지의 변환효율 (Energy Conversion Efficiency)…………………………1
　1-3. DSSC와 Silicon solar cell의 비교…………………………………………………2
　1-4. 염료감응형 태양전지 (dye sensitized solar cell)………………………………3
　　1-4-1. 염료 감응형 태양전지 구조………………………………………………………3
　　1-4-2. 염료감응형 태양전지 작동원리…………………………………………………4
　1-5. 염료감응형 태양전지에 사용가능한 염료구조……………………………………5
　1-6. TiO2 (Titanium dioxide)……………………………………………………………6
　　1-6-1. TiO2의 Anatase 결정형……………………………………………………………6
　　1-6-2. 전도띠 에너지……………………………………………………………………7
　1-7. 전해질 및 홀 전도체……………………………………………………………………8
　1-8. 전도성 기판………………………………………………………………………………9

2. EXPERIMENT…………………………………………………………………………………11

3. RESULTS & DISCUSSION………………………………………………………………………12
　3-1. RESULTS…………………………………………………………………………………12
　3-2. DISCUSSION………………………………………………………………………………13

4. CONCLUSION……………………………………………………………………………………14

REFERENCES………………………………………………………………………………………15

본문내용

작을 실링 박막과 얇은 유리판으로 접착시켰다. 그후 기기를 이용하여 효율을 측정 하였다.
RESULTS & DISCUSSION
RESULTS
위의 Fig.11는 제조한 염료감응형 태양전지를 기기를 통해서 분석한 결과를 나타내고 있다.전압이 제로(0)일 때의 전류를 단락전류(Short-Circuit Current : Isc)라 부르고, 태양전지에 전류가 흐르고 있지 않을 때의 전압을 개방전압(Open-Circuit Volt : Voc)라고 한다. 태양전지에서 나오는 전력은 전류와 전압을 곱하여 얻을 수 있으며 최대전류(Max. Power Current : Imax)와 최대전압(Max. Power Volt : Vmax)이 만나는 최적의 동작점에서 발생한 전력이 태양전지의 최대 출력(Max. Power) Pmax값이 된다.
Fill factor(FF) 는 최대전력점에서의 전류밀도와 전압값의 곱(Vmax×Imax) 을 Voc와Isc의 곱으로 나눈 값이다. 따라서 fill factor는 빛이 가해진 상태에서 곡선의 모양이 사각형에 얼마나 가까운가를 나타내는 지표이다.
태양전지의 효율 η은 전지에 의해 생산된 최대 전력과 입사광 에너지 Pin 사이의 비율이다.
DISCUSSION
이번 실험은 TiO2를 주성분으로 하는 반도체 나노입자, 태양광 흡수용 염료고분자, 전해질, 투명전극 등으로 구성되어 있는 염료감응형 태양전지를 직접 제작해 보는 것이 목적이다. 기본구조는 투명유리 위에 코팅된 투명전극, 나노입자로 구성된 TiO2 입자, 단분자층으로 코팅된 염료고분자, 그리고 두 전극 사이에 있는 50～100μm 두께의 공간을 채우고 있는 산화환원용 전해질 용액이 들어있는 샌드위치 구조를 지니고 있다. 전극은 에너지효율을 높이기 위하여 태양광이 입사하는 반대쪽 전극은 반사도가 좋은 백금을 사용하였다.
먼저 TiO2 에 PEG를 정해진 양을 주기적으로 가하여 표면적을 넓히고 접착성을 가지도록 오랜시간 곱게 갈아주었다. 동시에 25mm2 면적을 가지도록 FTO기판을 테이핑 한후 곱게 갈아준 TiO2 슬러리를 FTO 기판위에 얇게 코팅을 하였다. 깨끗이 세척된 칼날을 이용하여 닥터블레이드법을 이용하였다. 코팅한 기판을 30분정도 상온에서 건조시킨 후 실링 박막을 붙이고 ITO를 붙였다. 전해질을 구멍으로 넣어주고 밀폐시켜 태양전지를 구성할 수 있었다.
기기를 통해 직접 제작한 태양전지의 전압이 제로(0)일 때의 전류를 단락전류(Short-Circuit Current : Isc)와 태양전지에 전류가 흐르고 있지 않을 때를 일컫는 개방전압(Open-Circuit Volt : Voc) 그리고 최대전류(Max. Power Current : Imax)와 최대전압(Max. Power Volt : Vmax) 태양전지의 최대 출력(Max. Power) Pmax을 얻을 수 있었다. 또한 Fill factor(FF)와 효율의 데이터도 얻을 수 있었는데 fill factor는 빛이 가해진 상태에서 곡선의 모양이 사각형에 얼마나 가까운가를 나타내는 지표이고 효율 η은 전지에 의해 생산된 최대 전력과 입사광 에너지 Pin 사이의 비율을 나타낸다.
분석한 그래프에서 확인 할 수 있듯이 측정한 태양전지의 효율은 비교적 높게 측정된 것을 볼 수 있었다. 위의 그래프는 제작한 태양전지 중 가장 높은 효율을 측정하여 나타낸 것이다. 여러 개의 태양전지를 제작하였지만 모두 높은 효율을 측정 할 수 있었던 것은 아니었다. 닥터블레이드법으로 TiO2를 코팅시키는 과정에서 균일한 면적 안에 코팅을 시켜야하는데 그렇지 못했던 것과 테이프를 제거하는 과정에서 TiO2가 손실되었을 것이라 추정할 수 있었다. 실험을 하는 일련의 과정들을 좀 더 정확히 임했더라면 높은 효율을 가지는 태양전지를 여러 개 얻을 수 있었을 텐데 그렇지 못한 점이 아쉬웠다.
CONCLUSION
이 실험을 통해 무한한 태양에너지를 직접 변환하여 사용할 수 있는 태양전지 중 한가지인 염료감응형 태양전지를 직접 제작해보는 계기가 되었다. 이번에 제작해 본 염료감응형 태양전지는 TiO2를 주성분으로 하는 염료감응형 태양전지를 직접 제작을 해보는 실험이었다. 기본구조는 투명유리 위에 코팅된 투명전극, 나노입자로 구성된 TiO2 입자, 단분자층으로 코팅된 염료고분자, 그리고 두 전극 사이에 있는 50～100μm 두께의 공간을 채우고 있는 산화환원용 전해질 용액이 들어있는 샌드위치 구조를 지니고 있다. 전극은 에너지효율을 높이기 위하여 태양광이 입사하는 반대쪽 전극은 반사도가 좋은 백금을 사용하였다.
실험에 앞서 염료감응형 태양전지에 관한 전반적인 내용들을 많은 문헌들을 통해 익혔기 때문에 비교적 쉽게 임할 수 있었다. 기기를 통해 측정해본 결과 약 2.14%의 효율을 얻을 수 있었다. 비교적 높은 효율을 가진 태양전지를 제작해 볼 수 있었다. 비록 상용화 할 수 있을 만큼의 효율을 얻을 수 있었던 것은 아니지만 소형으로 직접 제작을 해봄으로써 염료감응형 태양전지의 제작방법을 익힐 수 있었다. 또한 높은 효율을 얻기 위한 방법을 생각해보는 계기가 되었다.
REFERENCES
[1] 염료감응태양전지 , 박남규
http://www.cheric.org/PDF/PST/PT17/PT17-4-0430.pdf
[2] 내일을 여는 과학기술
http://hi-tech.tistory.com/category/%EC%95%84%ED%95%98!
[3] 염료감응형 태양전지 (dye-sensitized solar cell) 현황,
영남대학교 디스플레이화학공학부 김 재 홍
http://www.cheric.or.kr/ippage/g/ipdata/2006/05/file/g200605-701.pdf
[4] 행복한 기업, 코스모화학
http://www.cosmochem.co.kr
[5] University of Colorado
http://ruby.colorado.edu/~smyth/min/tio2.html
[6] HS Technologies 염료감응태양전지를 구성하는 재료
http://www.hs-kr.com/blog/tag/염료감응
[7] 경북대학교 opt. materials Lab.

키워드

유기,   감응,   태양전지