지구는 현재 인구 증가, 에너지 소비 증가, 환경 문제와 자원 고갈 등으로 인한 대체 에너지 개발에 직면해 있다. 따라서 신재생 에너지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 가장 유망한 신재생 에너지는 이산화탄소 방출을 줄이고 친환경적이며 무한한 잠재력이 있는 태양 에너지이다. 흔히 사용되는 실리콘 ...
지구는 현재 인구 증가, 에너지 소비 증가, 환경 문제와 자원 고갈 등으로 인한 대체 에너지 개발에 직면해 있다. 따라서 신재생 에너지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 가장 유망한 신재생 에너지는 이산화탄소 방출을 줄이고 친환경적이며 무한한 잠재력이 있는 태양 에너지이다. 흔히 사용되는 실리콘 태양전지는 높은 변환효율을 보여주지만 고가의 제조비용, 복잡한 생산 공정 그리고 원료의 부족 등으로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 1991년 스위스의 Michal Gratzel 교수팀에 의해 개발된 염료감응형 태양전지 (Dye-sensitized Solar Cell, DSC)는 실리콘 태양전지의 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 각광을 받고 있다. DSC는 낮은 제조 단가, 간단한 공정 과정, 높은 이론적 효율 그리고 다양한 응용과 많은 이점에도 불구하고 DSC는 현재 전체적인 광전변환효율이 낮고 안정성이 좋지 않아 상업화하는데 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 첫째 뛰어난 전기 전도성 및 전자 이동성을 가진 Nb2O5를 광전극에 사용하여 DSC의 효율을 향상시키고자 하였다. 적절한 비율의 TiO2 분말, Nb2O5 분말 그리고 Triton-X가 혼합된 금속 산화물 페이스트를 이용하여 DSC를 제작하고 그 특성을 비교하여 Nb2O5가 DSC에 주는 영향을 분석하였다. 마지막으로 TiO2분말과 Nb2O5분말의 양을 조절하여 최적의 혼합 비율을 도출함으로써 DSC 광전변환효율이 5.32%에서 6.17% 향상됨을 확인하였다. 둘째 zinc nitrate 용액을 이용하여 ZnO박막을 형성하고 이를 DSC의 반사 방지막으로 사용하고자 하였다. 아울러 zinc nitrate 용액의 농도, 소성 온도와 같은 다양한 조건에 따른 ZnO 박막의 구조와 광 특성을 비교함으로써 ZnO 반사 방지막 형성의 최적 조건을 도출하고자 하였다. 그 결과 도출된 최적 조건을 통해 형성된 ZnO 박막은 투과도를 증가시켜 DSC의 광전변환 효율을 약 20%정도 향상되었으며, 이를 통해 Zinc nitrate 용액으로 형성된 ZnO 박막이 DSC의 반사 방지막으로써 사용하기 적합함을 확인하였으며 향후 최적의 ZnO 반사 방지막 형성 조건을 실제에 적용함으로써 DSC의 고효율화는 물론 저가화의 기틀을 마련할 수 있는 가능성을 확인하였다.
지구는 현재 인구 증가, 에너지 소비 증가, 환경 문제와 자원 고갈 등으로 인한 대체 에너지 개발에 직면해 있다. 따라서 신재생 에너지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 가장 유망한 신재생 에너지는 이산화탄소 방출을 줄이고 친환경적이며 무한한 잠재력이 있는 태양 에너지이다. 흔히 사용되는 실리콘 태양전지는 높은 변환효율을 보여주지만 고가의 제조비용, 복잡한 생산 공정 그리고 원료의 부족 등으로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 1991년 스위스의 Michal Gratzel 교수팀에 의해 개발된 염료감응형 태양전지 (Dye-sensitized Solar Cell, DSC)는 실리콘 태양전지의 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 각광을 받고 있다. DSC는 낮은 제조 단가, 간단한 공정 과정, 높은 이론적 효율 그리고 다양한 응용과 많은 이점에도 불구하고 DSC는 현재 전체적인 광전변환효율이 낮고 안정성이 좋지 않아 상업화하는데 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 첫째 뛰어난 전기 전도성 및 전자 이동성을 가진 Nb2O5를 광전극에 사용하여 DSC의 효율을 향상시키고자 하였다. 적절한 비율의 TiO2 분말, Nb2O5 분말 그리고 Triton-X가 혼합된 금속 산화물 페이스트를 이용하여 DSC를 제작하고 그 특성을 비교하여 Nb2O5가 DSC에 주는 영향을 분석하였다. 마지막으로 TiO2분말과 Nb2O5분말의 양을 조절하여 최적의 혼합 비율을 도출함으로써 DSC 광전변환효율이 5.32%에서 6.17% 향상됨을 확인하였다. 둘째 zinc nitrate 용액을 이용하여 ZnO 박막을 형성하고 이를 DSC의 반사 방지막으로 사용하고자 하였다. 아울러 zinc nitrate 용액의 농도, 소성 온도와 같은 다양한 조건에 따른 ZnO 박막의 구조와 광 특성을 비교함으로써 ZnO 반사 방지막 형성의 최적 조건을 도출하고자 하였다. 그 결과 도출된 최적 조건을 통해 형성된 ZnO 박막은 투과도를 증가시켜 DSC의 광전변환 효율을 약 20%정도 향상되었으며, 이를 통해 Zinc nitrate 용액으로 형성된 ZnO 박막이 DSC의 반사 방지막으로써 사용하기 적합함을 확인하였으며 향후 최적의 ZnO 반사 방지막 형성 조건을 실제에 적용함으로써 DSC의 고효율화는 물론 저가화의 기틀을 마련할 수 있는 가능성을 확인하였다.
An anti-reflection layer (AR) is used in the solar cell to improve the amount of the irradiated light, resulting in the improvement of the performance of the solar cell. In this study, the zinc oxide (ZnO) AR is applied to the dye-sensitized solar cell (DSC) by using zinc nitrate solution. The condi...
An anti-reflection layer (AR) is used in the solar cell to improve the amount of the irradiated light, resulting in the improvement of the performance of the solar cell. In this study, the zinc oxide (ZnO) AR is applied to the dye-sensitized solar cell (DSC) by using zinc nitrate solution. The conditions such as solution concentration and sintering temperature for fabricating the ZnO AR are changed to optimize the performance of the AR. As a result, the best performance is shown when the zinc nitrate solution with 100mM concentration is used and the sintering temperature is 600℃. And then, the ZnO AR formed with these optimal conditions is applied to the DSC. Consequently, the DSC with the ZnO AR had an increased current density up to 13.86㎃/㎠ and an enhanced efficiency of 6.32%. Niobium oxide (Nb2O5) has a strong chemical coherence and good electrical conductivity. Therefore, this material is helpful to enhance the performance of the dye sensitized solar cells (DSC) by improving the electron mobility. In this study, Nb2O5 was mixed with TiO2 and this compound was applied to the DSC to improve its performance. As a result, the current density of the DSC using the Nb2O5-TiO2 compound on the photoelectrode was increased, because the internal resistance concerned to the electron transfer in the photoelectrode of DSC was decreased. However, large amount of the Nb2O5 induces the decrease of the efficiency of the DSC because the surface area to attach dye molecules is decreased due to the large particle of Nb2O5. Therefore, it is important to optimize the mixture ratio of the Nb2O5-TiO2 compound for maximizing the performance of the DSC. Finally, the most optimum performance of the DSC was shown in case of the Nb2O5 concentration of 10 wt% of the Nb2O5-TiO2 compound.
An anti-reflection layer (AR) is used in the solar cell to improve the amount of the irradiated light, resulting in the improvement of the performance of the solar cell. In this study, the zinc oxide (ZnO) AR is applied to the dye-sensitized solar cell (DSC) by using zinc nitrate solution. The conditions such as solution concentration and sintering temperature for fabricating the ZnO AR are changed to optimize the performance of the AR. As a result, the best performance is shown when the zinc nitrate solution with 100mM concentration is used and the sintering temperature is 600℃. And then, the ZnO AR formed with these optimal conditions is applied to the DSC. Consequently, the DSC with the ZnO AR had an increased current density up to 13.86㎃/㎠ and an enhanced efficiency of 6.32%. Niobium oxide (Nb2O5) has a strong chemical coherence and good electrical conductivity. Therefore, this material is helpful to enhance the performance of the dye sensitized solar cells (DSC) by improving the electron mobility. In this study, Nb2O5 was mixed with TiO2 and this compound was applied to the DSC to improve its performance. As a result, the current density of the DSC using the Nb2O5-TiO2 compound on the photoelectrode was increased, because the internal resistance concerned to the electron transfer in the photoelectrode of DSC was decreased. However, large amount of the Nb2O5 induces the decrease of the efficiency of the DSC because the surface area to attach dye molecules is decreased due to the large particle of Nb2O5. Therefore, it is important to optimize the mixture ratio of the Nb2O5-TiO2 compound for maximizing the performance of the DSC. Finally, the most optimum performance of the DSC was shown in case of the Nb2O5 concentration of 10 wt% of the Nb2O5-TiO2 compound.
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