화석연료의 사용으로 에너지 부족 문제와 환경 문제가 대두되고 있는 가운데 이를 해결하기 위한 방안으로 신재생에너지가 인류의 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 신재생에너지 중 무한한 태양광을 이용한 태양전지 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 기존 실리콘 태양전지에 비해 제조공정이 단순하고, 가격이 20∼30 % 정도로 매우 저렴한 염료감응형 태양전지(dye sensitized solar cell; ...
화석연료의 사용으로 에너지 부족 문제와 환경 문제가 대두되고 있는 가운데 이를 해결하기 위한 방안으로 신재생에너지가 인류의 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 신재생에너지 중 무한한 태양광을 이용한 태양전지 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 기존 실리콘 태양전지에 비해 제조공정이 단순하고, 가격이 20∼30 % 정도로 매우 저렴한 염료감응형 태양전지(dye sensitized solar cell; DSSC)에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 현재 DSSC의 에너지변환효율은 실리콘 태양전지의 절반 수준인 11 % 대의 효율로 답보상태에 있어 상용화를 위해서는 에너지변환효율 증가를 위한 연구가 필요한 실정이다. DSSC는 작동전극부, 전해질, 상대전극부로 구성되어 있으며, 이중 DSSC의 에너지변환효율 증가를 위해서는 작동전극부의 엔지니어링이 가장 중요하다. 작동전극부의 구성요소는 크게 투명전극, 반도체 산화물, 염료 로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 DSSC의 반도체 산화물로 사용되는 TiO2 위에 비정질이 가지는 균일한 특성, 넓은 에너지 밴드갭, 높은 전자 이동도를 가지고 있는 0∼150 nm 두께의 IGZO를 코팅하여 에너지변환효율 변화를 확인하고자 하였다. IGZO의 코팅은 RF-sputter를 이용하여 진행하였으며, 이를 DSSC에 적용하여 최종적으로 glass/FTO/blocking layer/TiO2/IGZO/dye/electrolyte/ Pt/glass 구조의 소자를 제작하였다. 미세구조 분석은 FE-SEM를 이용하여 확인하였고, 조성 분석은 EDS, Micro-Raman, XRD를 이용하여 확인하였다. 투과도 확인을 위해 UV-VIS-NIR를 이용하였으며, IGZO를 채용한 DSSC의 광전기적 특성 확인을 위해 potentiostat, solar simulator를 이용하였다. 미세구조 분석 결과, IGZO가 목적한 두께로 균일하게 코팅된 것을 확인하였으며, 조성 분석 결과, EDS 분석을 통해 IGZO 박막의 존재를 확인할 수 있었으나, 마이크로 라만과 XRD를 통해서는 나노 두께로 코팅된 비정질인 IGZO 박막의 존재를 확인할 수 없었다. 투과도 분석 결과, 0∼150 nm 두께의 IGZO를 코팅한 작동전극부 모두 90 % 이상의 투과도를 나타내었다. 마지막으로 IGZO를 채용한 DSSC의 광전기적 특성 분석 결과, 임피던스의 경우 10 nm 두께의 IGZO를 채용한 소자는 전자이동 저항이 감소하여 R2 값이 IGZO가 없는 소자에 비해 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이후 IGZO의 두께가 두꺼워 질수록 R2 값이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 에너지변환효율의 경우, 10 nm 두께의 IGZO를 채용한 소자의 경우 4.3 %의 효율로 가장 높게 나타내었으며, 이후 IGZO의 두께가 두꺼워 질수록 효율이 감소하는 것을 확인하였다. 이는 일정 두께이상의 IGZO를 DSSC 소자에 채용할 경우 TiO2와 전해질 사이의 계면저항이 증가하여 나타난 결과였다. 따라서 TiO2 위에 적정한 두께의 IGZO를 채용하여 염료감응형 태양전지 소자의 에너지변환효율을 증가시킬 수 있었다.
화석연료의 사용으로 에너지 부족 문제와 환경 문제가 대두되고 있는 가운데 이를 해결하기 위한 방안으로 신재생에너지가 인류의 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 신재생에너지 중 무한한 태양광을 이용한 태양전지 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 기존 실리콘 태양전지에 비해 제조공정이 단순하고, 가격이 20∼30 % 정도로 매우 저렴한 염료감응형 태양전지(dye sensitized solar cell; DSSC)에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 현재 DSSC의 에너지변환효율은 실리콘 태양전지의 절반 수준인 11 % 대의 효율로 답보상태에 있어 상용화를 위해서는 에너지변환효율 증가를 위한 연구가 필요한 실정이다. DSSC는 작동전극부, 전해질, 상대전극부로 구성되어 있으며, 이중 DSSC의 에너지변환효율 증가를 위해서는 작동전극부의 엔지니어링이 가장 중요하다. 작동전극부의 구성요소는 크게 투명전극, 반도체 산화물, 염료 로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 DSSC의 반도체 산화물로 사용되는 TiO2 위에 비정질이 가지는 균일한 특성, 넓은 에너지 밴드갭, 높은 전자 이동도를 가지고 있는 0∼150 nm 두께의 IGZO를 코팅하여 에너지변환효율 변화를 확인하고자 하였다. IGZO의 코팅은 RF-sputter를 이용하여 진행하였으며, 이를 DSSC에 적용하여 최종적으로 glass/FTO/blocking layer/TiO2/IGZO/dye/electrolyte/ Pt/glass 구조의 소자를 제작하였다. 미세구조 분석은 FE-SEM를 이용하여 확인하였고, 조성 분석은 EDS, Micro-Raman, XRD를 이용하여 확인하였다. 투과도 확인을 위해 UV-VIS-NIR를 이용하였으며, IGZO를 채용한 DSSC의 광전기적 특성 확인을 위해 potentiostat, solar simulator를 이용하였다. 미세구조 분석 결과, IGZO가 목적한 두께로 균일하게 코팅된 것을 확인하였으며, 조성 분석 결과, EDS 분석을 통해 IGZO 박막의 존재를 확인할 수 있었으나, 마이크로 라만과 XRD를 통해서는 나노 두께로 코팅된 비정질인 IGZO 박막의 존재를 확인할 수 없었다. 투과도 분석 결과, 0∼150 nm 두께의 IGZO를 코팅한 작동전극부 모두 90 % 이상의 투과도를 나타내었다. 마지막으로 IGZO를 채용한 DSSC의 광전기적 특성 분석 결과, 임피던스의 경우 10 nm 두께의 IGZO를 채용한 소자는 전자이동 저항이 감소하여 R2 값이 IGZO가 없는 소자에 비해 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이후 IGZO의 두께가 두꺼워 질수록 R2 값이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 에너지변환효율의 경우, 10 nm 두께의 IGZO를 채용한 소자의 경우 4.3 %의 효율로 가장 높게 나타내었으며, 이후 IGZO의 두께가 두꺼워 질수록 효율이 감소하는 것을 확인하였다. 이는 일정 두께이상의 IGZO를 DSSC 소자에 채용할 경우 TiO2와 전해질 사이의 계면저항이 증가하여 나타난 결과였다. 따라서 TiO2 위에 적정한 두께의 IGZO를 채용하여 염료감응형 태양전지 소자의 에너지변환효율을 증가시킬 수 있었다.
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