Effect of the Grinding Method on Dispersion and Thermal Characteristics of Multi-Walled Carbon Nanotubes and Its Application for the Dye-Sensitized Solar Cells : 다중벽 탄소 나노튜브의 분산및 열특성에서 분쇄방법의 영향과 염료감응형태양전지의 적용원문보기
경제적으로 실행 가능한 재생에너지자원의 비판적인 평가는 전 세계적으로 환경파괴 없이 사회의 지속적인 발전을 위해 필수적이다. 염료 감응형 태양전지는 잠재적으로 낮은 가격과 손쉬운 제조 때문에 전통적 방식의 실리콘태양전지 및 박막형 태양전지를 대체할 실현 가능한 대체에너지 자원으로 보고 있다. 또 감응형 태양전지에서 요오드화물 환원을 위한 전기화학적 촉매로써 ...
경제적으로 실행 가능한 재생에너지자원의 비판적인 평가는 전 세계적으로 환경파괴 없이 사회의 지속적인 발전을 위해 필수적이다. 염료 감응형 태양전지는 잠재적으로 낮은 가격과 손쉬운 제조 때문에 전통적 방식의 실리콘태양전지 및 박막형 태양전지를 대체할 실현 가능한 대체에너지 자원으로 보고 있다. 또 감응형 태양전지에서 요오드화물 환원을 위한 전기화학적 촉매로써 다중벽 탄소나노튜브의 성공적인 적용을 보고했다. 탄소나노튜브 입자를 사용하여 감응형 태양전지의 수행능력을 향상시키기 위한 목적으로써, 현재 상대전극에 최적의 코팅조건을 찾는 조사를 하고있다. 탄소나노튜브의 원재료, 정제만 된 것, 정제와 분쇄가 된 것, 이 세가지 다른 구조들이 감응형 태양전지의 상대전극에서 백금을 대체할 구조로써 조사되었다. 상대전극은FTO 기판위에 코팅하는 방법에서 다른 두 가지 기술에 의해 제작되었다. 한가지는 탄소나노튜브의 액체상태에서 스핀코팅 방법이고 다른 한가지는 탄소나노튜브의 반죽상태에서 스크린 프린팅 방법이다. 게다가 감응형 태양전지의 적용에서 본 논문은 유성 볼밀 장치의 최적의 분쇄조건에 이르는 새로운 처리방법을 제시하였고 분산과 열 특성을 조사하기 위해 정제된 탄소나노튜브에 대한 간단한 방법을 나타내었다. 본 실험은 유성볼밀의 다양한 속도(300rpm - 600rpm)에서 분쇄는 습식조건으로 수행되었다. 그 결과, 비정질 탄소와 원재료 탄소나노튜브의 탄소 입자는 제거되어졌고 나노튜브의 끝은 정제에 의해 개방되었다. 입자 크기 분석기는 300rpm의 회전속도에서 분쇄된 입자들의 뭉쳐진 크기가 69.183 µm로 나타내었다. 그렇지만 600rpm의 회전속도에서 분쇄된 뒤에는 입자들의 뭉친 크기가 13.183 µm로 급격하게 줄어들었다. 탄소나노튜브 서스펜션의 최대 빛 흡수력(300nm파장에서 4.0abs)과 가장 높은 열 전도성(0.6926 W*m-1k-1, at 40oC)도 초음파 처리가 된 600rpm의 분쇄속도에서 이루어졌다. 감응형 태양전지의 광전변환 효율의 경우, 정제되고 분쇄된 탄소나노튜브를 스핀코팅으로 상대전극을 제작한감응형 태양전지는 광전변환 효율이 4.94%에 도달했다. 이 광전변환은 같은조건에서 제작된 백금을 스핀코팅하여 제작된 감응형 태양전지의 광전변환과 비교할수있다. 본 실험에서높은 회전속도에서 분쇄한 방법이 탄소나노튜브서스펜션의 분산과 열전도성을 모두 상당히 증가시킨다는 것을 알 수 있었고 감응형 태양전지의 광전변환 효율도 증가시킨다는 것을 알았다.
경제적으로 실행 가능한 재생에너지자원의 비판적인 평가는 전 세계적으로 환경파괴 없이 사회의 지속적인 발전을 위해 필수적이다. 염료 감응형 태양전지는 잠재적으로 낮은 가격과 손쉬운 제조 때문에 전통적 방식의 실리콘태양전지 및 박막형 태양전지를 대체할 실현 가능한 대체에너지 자원으로 보고 있다. 또 감응형 태양전지에서 요오드화물 환원을 위한 전기화학적 촉매로써 다중벽 탄소나노튜브의 성공적인 적용을 보고했다. 탄소나노튜브 입자를 사용하여 감응형 태양전지의 수행능력을 향상시키기 위한 목적으로써, 현재 상대전극에 최적의 코팅조건을 찾는 조사를 하고있다. 탄소나노튜브의 원재료, 정제만 된 것, 정제와 분쇄가 된 것, 이 세가지 다른 구조들이 감응형 태양전지의 상대전극에서 백금을 대체할 구조로써 조사되었다. 상대전극은FTO 기판위에 코팅하는 방법에서 다른 두 가지 기술에 의해 제작되었다. 한가지는 탄소나노튜브의 액체상태에서 스핀코팅 방법이고 다른 한가지는 탄소나노튜브의 반죽상태에서 스크린 프린팅 방법이다. 게다가 감응형 태양전지의 적용에서 본 논문은 유성 볼밀 장치의 최적의 분쇄조건에 이르는 새로운 처리방법을 제시하였고 분산과 열 특성을 조사하기 위해 정제된 탄소나노튜브에 대한 간단한 방법을 나타내었다. 본 실험은 유성볼밀의 다양한 속도(300rpm - 600rpm)에서 분쇄는 습식조건으로 수행되었다. 그 결과, 비정질 탄소와 원재료 탄소나노튜브의 탄소 입자는 제거되어졌고 나노튜브의 끝은 정제에 의해 개방되었다. 입자 크기 분석기는 300rpm의 회전속도에서 분쇄된 입자들의 뭉쳐진 크기가 69.183 µm로 나타내었다. 그렇지만 600rpm의 회전속도에서 분쇄된 뒤에는 입자들의 뭉친 크기가 13.183 µm로 급격하게 줄어들었다. 탄소나노튜브 서스펜션의 최대 빛 흡수력(300nm파장에서 4.0abs)과 가장 높은 열 전도성(0.6926 W*m-1k-1, at 40oC)도 초음파 처리가 된 600rpm의 분쇄속도에서 이루어졌다. 감응형 태양전지의 광전변환 효율의 경우, 정제되고 분쇄된 탄소나노튜브를 스핀코팅으로 상대전극을 제작한감응형 태양전지는 광전변환 효율이 4.94%에 도달했다. 이 광전변환은 같은조건에서 제작된 백금을 스핀코팅하여 제작된 감응형 태양전지의 광전변환과 비교할수있다. 본 실험에서높은 회전속도에서 분쇄한 방법이 탄소나노튜브서스펜션의 분산과 열전도성을 모두 상당히 증가시킨다는 것을 알 수 있었고 감응형 태양전지의 광전변환 효율도 증가시킨다는 것을 알았다.
Critical assessment of economically viable renewable energy source is essential for the development of a globally sustainable society. Dye sensitized solar cells (DSSCs) offer a viable alternative to traditional silicon and thin film photovoltaic (PV) technologies owing to their potential low cost a...
Critical assessment of economically viable renewable energy source is essential for the development of a globally sustainable society. Dye sensitized solar cells (DSSCs) offer a viable alternative to traditional silicon and thin film photovoltaic (PV) technologies owing to their potential low cost and facile manufacturing. We report the successful application of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as electrocatalysts for tri-iodide reduction in a DSSC. For the purpose of improving the performance of DSSCs using MWCNTs particle, the present work was investigated to get the optimum coating condition on a counter electrode. Three different structures namely: raw, just purified, purified and ground of MWCNTs were investigated as an alternative for platinum in counter-electrodes for DSSCs. The counter electrodes were prepared on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates by two different techniques: spin coating technique from fluid type and screen printing technique from paste type of that of the MWCNTs. Besides applying on the dye-sensitized solar cells, the current paper presents a new approach of attaining the optimum grinding condition of a planetary ball mill (PBM) and simple method for purifying MWCNTs to investigate the dispersion and thermal characteristics. This work was conducted under wet grinding conditions at various rotation speeds (300 rpm – 600 rpm). As a result, the structures of the amorphous carbon and carbon particles of the raw MWCNTs were eliminated and the tips of the nanotubes opened by purification. The particle size analyzer reveals that the agglomerated size of ground particles at rotation speed of 300 rpm was 69.183 µm. Nevertheless, the agglomerated size of particles significantly decreased to 13.183 µm after grinding at rotation speed of 600 rpm. The maximum absorbance (4.0 abs at wavelength of 300 nm) and highest thermal conductivity (0.6926 W*m-1k-1, at 40oC) of the suspension corresponds to the grinding speed of 600 rpm assisted by ultrasonication. In case of PV efficiency of DSSCs, by utilizing the spin coating technique, DSSCs fabricated with purified and ground MWCNTs counter electrode achieved an overall PV efficiency of 4.94 %. This PV performance is comparable to that of the DSSCs using spin coated Pt counter electrode fabricated in the same conditions. We found that the grinding method with high rotation speed plays can be significantly increased both the dispersibility and thermal conductivity of MWCNTs suspension, resulting in an increased photovoltaic efficiency of DSSCs.
Critical assessment of economically viable renewable energy source is essential for the development of a globally sustainable society. Dye sensitized solar cells (DSSCs) offer a viable alternative to traditional silicon and thin film photovoltaic (PV) technologies owing to their potential low cost and facile manufacturing. We report the successful application of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as electrocatalysts for tri-iodide reduction in a DSSC. For the purpose of improving the performance of DSSCs using MWCNTs particle, the present work was investigated to get the optimum coating condition on a counter electrode. Three different structures namely: raw, just purified, purified and ground of MWCNTs were investigated as an alternative for platinum in counter-electrodes for DSSCs. The counter electrodes were prepared on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates by two different techniques: spin coating technique from fluid type and screen printing technique from paste type of that of the MWCNTs. Besides applying on the dye-sensitized solar cells, the current paper presents a new approach of attaining the optimum grinding condition of a planetary ball mill (PBM) and simple method for purifying MWCNTs to investigate the dispersion and thermal characteristics. This work was conducted under wet grinding conditions at various rotation speeds (300 rpm – 600 rpm). As a result, the structures of the amorphous carbon and carbon particles of the raw MWCNTs were eliminated and the tips of the nanotubes opened by purification. The particle size analyzer reveals that the agglomerated size of ground particles at rotation speed of 300 rpm was 69.183 µm. Nevertheless, the agglomerated size of particles significantly decreased to 13.183 µm after grinding at rotation speed of 600 rpm. The maximum absorbance (4.0 abs at wavelength of 300 nm) and highest thermal conductivity (0.6926 W*m-1k-1, at 40oC) of the suspension corresponds to the grinding speed of 600 rpm assisted by ultrasonication. In case of PV efficiency of DSSCs, by utilizing the spin coating technique, DSSCs fabricated with purified and ground MWCNTs counter electrode achieved an overall PV efficiency of 4.94 %. This PV performance is comparable to that of the DSSCs using spin coated Pt counter electrode fabricated in the same conditions. We found that the grinding method with high rotation speed plays can be significantly increased both the dispersibility and thermal conductivity of MWCNTs suspension, resulting in an increased photovoltaic efficiency of DSSCs.
주제어
#Multi-Walled Carbon Nanotubes
#Dispersion
#Dye-Sensitized Solar Cells
학위논문 정보
저자
뭉크바야
학위수여기관
경상대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
정밀기계공학과 열유체전공
지도교수
정효민
발행연도
2012
총페이지
iv, 124 p.
키워드
Multi-Walled Carbon Nanotubes,
Dispersion,
Dye-Sensitized Solar Cells
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