선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 페이스트 제조 과정 중에 바인더로 첨가되는 에틸셀룰로오스의 첨가량과 용매로 첨가되는 무수에탄올의 첨가량을 조절하여 최적의 페이스트를 도출하고자 하였다.
제안 방법
- Process Ⅱ에서는 직접 TiO2 졸을 페이스트화하는 방법으로 process I의 step 5∼10까지의 과정을 없애고 TiO2 페이스트를 제조하였다.
- )을 사용하였다. Process Ⅱ의 방법으로 기존에 알려져 있는 방법인 process I의 복잡한 공정을 줄이기 위하여 실험을 진행하였다. Process Ⅱ에서는 페이스트를 제조하기 위해 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose, sigma aldrich Co.
- Process Ⅱ의 step 11에 타나낸 것과 같이 제조된 TiO2 졸은 에틸 셀룰로오스, 테피놀 및 에탄올을 가열교반기 (hot plate magnetic, DE/CMag HS-7, IKA-WERKE)를 사용하여 혼합한 후 일정한 양의 솔벤트를 증발시켰다. 그 다음 페이스트의 분산 특성을 향상시키기 위하여 에탄올을 첨가한 후 three roll mill (EXAKT 50I, Daehwa Tech)을 이용하여 페이스트의 점도를 조절하였다. 여기서 페이스트의 점도를 조절하기 위하여 에틸 셀룰로오스의 양을 각각 0.
- 45%를 나타내었다. 또한 TiO2 졸과 에틸 셀룰로오스 용매로 사용된 테피놀의 혼합을 위해 첨가되는 에탄올의 양을 20 ml, 25 ml, 30 ml, 35 ml로 조절하였다. 에탄올을 30 ml 첨가한 경우 가장 우수한 특성을 보였으며, 개방전압, 전류밀도, FF 및 광전 변환효율은 각각 0.
- 8 g을 첨가하였고 제조된 페이스트를 S1, S2과 S3으로 명명하였다. 또한 페이스트의 분산특성을 향상시키기 위해 에탄올의 양을 각각 20, 25 ml, 30 ml 및 35 ml로 변화시켰으며 제조된 페이스트를 각각 S4, S5, S6 및 S7로 명명하였다.
- 의 졸겔 합성 및 페이스트 제조까지 공정은 매우 복잡하다. 본 실험에서는 TiO2 졸 제조한 후, 건조, 분쇄 및 열처리를 반복하여 제조과정 중에서 일어날 변수들을 줄이고자 TiO2 졸에서 바로 페이스트를 제조하였다.
- TiO2 졸 합성과정에 있어서 통상적으로 알코올계 용매가 사용되고, 가수반응을 위한 증류수가 별도로 첨가된다 (process I - step1∼step2). 본 실험에서는 알코올계 용매 대신 증류수를 사용함으로써 증류수를 별도로 첨가하는 공정이 불필요하였다. TiO2 졸은 TTIP와 증류수를 반응조를 사용하여 40℃에서 200 rpm의 교반속도로 혼합한 후 질산을 첨가하여 합성하였다.
- 본 실험에서는 졸겔법의 단점인 상대적으로 긴 제조 시간을 줄이고자 합성공정을 간소화한 표 1의 process Ⅱ에 의해 고순도, 고균일도 TiO2 합성과 TiO2 페이스트를 제조하였다.
- 본 연구에서는 졸겔합성에서 TiO2 페이스트를 제조하기까지의 공정을 간소화하였다. 즉, 일반적으로 합성된 TiO2졸은 분말화하기 위하여 TiO2졸을 두 번의 열처리와 믹싱 공정을 필요로 한다.
- 그 다음 페이스트의 분산 특성을 향상시키기 위하여 에탄올을 첨가한 후 three roll mill (EXAKT 50I, Daehwa Tech)을 이용하여 페이스트의 점도를 조절하였다. 여기서 페이스트의 점도를 조절하기 위하여 에틸 셀룰로오스의 양을 각각 0.4 g, 0.6 g, 0.8 g을 첨가하였고 제조된 페이스트를 S1, S2과 S3으로 명명하였다. 또한 페이스트의 분산특성을 향상시키기 위해 에탄올의 양을 각각 20, 25 ml, 30 ml 및 35 ml로 변화시켰으며 제조된 페이스트를 각각 S4, S5, S6 및 S7로 명명하였다.
- 제조된 TiO2 페이스트는 0.5×0.5 cm2의 크기의 염료감응 태양전지로 제작되었고 solar simulator LAB50, Polaronix K201 (맥사이언스, Korea)을 이용하여 1,000 W Xe Arc 램프와 AM1.5 조건에서 광전류-전압특성을 측정하였다.
- 표 1의 process I은 많이 알려져 있는 통상적인 TiO2 분말의 졸겔 합성방법이고 process Ⅱ는 통상적인 졸겔 방법인 process I과 같은 번거로운 실험과정을 줄이고자 TiO2 졸에서 바로 페이스트화 하는 방법을 나타내었다. TiO2 졸 합성과정에 있어서 통상적으로 알코올계 용매가 사용되고, 가수반응을 위한 증류수가 별도로 첨가된다 (process I - step1∼step2).
대상 데이터
- Process Ⅱ의 방법으로 기존에 알려져 있는 방법인 process I의 복잡한 공정을 줄이기 위하여 실험을 진행하였다. Process Ⅱ에서는 페이스트를 제조하기 위해 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose, sigma aldrich Co., St. Louis, U.S.A.)를 바인더로 사용하였고, 용매로 테피놀 (Terpineol, Fluka, BioChemika, Germany)과 에탄올을 사용하였다.
- 본 실험에서는 졸겔법으로 TiO2를 합성하기 위해 출발물질인 TTIP (titanium tetra-isopropoxide, 99.95%, Junsei Co.)와 용매인 증류수, 촉매 역할로 질산(Sigmaaldrich Co.)을 사용하였다.
- 염료는 N719 (Ruthenizer 535 bis-TBA, cis-diisothiocyanat–bis(2, 2ʼ-bi pyri dyl-4, 4ʼ-di carboxylato)ruthenium(II) bis(tetrabutylammonium))를 에탄올 용매에 0.5 mM로 12시간 동안 용해하여 사용하였고 전해질은 lithiumiodide 0.5 M (99.9%, ALDRICH, USA), DMPⅡ0.6 M (Solaronix SA, USA), 4-tert-butyl pyridine(ALDRICH, USA) 0.5 M을 3-methoxy propionitrile(99%, Wako, Japan) 10 ml 용매에 12시간 용해시켜 제조하였다.
- 를 페이스트화하는 공정이다. 이 공정에서 TiO2 페이스트는 바인더와 용매, 증점제로 각각 하이드로프로필 셀룰로오스 (hydropropyl cellulose, sigma aldrich Co., St. Louis, U.S.A.)와 증류수, 아세틸 아세톤 (acetyl acetone, 99%, KANTOCJEMI CAL Co. INC.)을 사용하였다. Process Ⅱ의 방법으로 기존에 알려져 있는 방법인 process I의 복잡한 공정을 줄이기 위하여 실험을 진행하였다.
이론/모형
- 염료감응 태양전지의 내부저항은 Ivium Technologies (Netherlands)를 사용하여 0.1 Hz∼105 Hz의 주파수 영역에서 AC 임피던스 (Thermo-Orial, USA)를 측정하였고, 염료감응 태양전지의 전자 재결합 속도(IMVS, Intensity modulated photovoltage spectroscopy)는 동일 장비인 Ivium Technologies를 사용하여 측정 후 계산하였다.
성능/효과
- 결과적으로 졸겔법을 통해 우수한 결정성을 갖는 TiO2 산화물 반도체를 합성하였고 복잡한 합성 공정을 간소화하는데 성공하였으며, 또한 TiO2를 합성 후 분말로 제조하여 제작한 염료감응 태양전지보다 154% 증가한 3.88%의 광전변환효율을 얻을 수 있었다.
- 88%를 나타내었다. 그리고 이는 일반적으로 많이 알려져 있는 process I과 같은 방법으로 졸겔 합성한 TiO2를 페이스트화한 P 페이스트보다 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. P 페이스트의 경우 26 Ω의 R2 값이 나타내었고 재결합 속도 상수는 0.
- 또한 TiO2 졸과 에틸 셀룰로오스 용매로 사용된 테피놀의 혼합을 위해 첨가되는 에탄올의 양을 20 ml, 25 ml, 30 ml, 35 ml로 조절하였다. 에탄올을 30 ml 첨가한 경우 가장 우수한 특성을 보였으며, 개방전압, 전류밀도, FF 및 광전 변환효율은 각각 0.71 V, 8.70 mA/cm2, 62.37% 및 3.88%를 나타내었다.
- 이와 같은 공정에서 TiO2졸을 분말화하지 않고 바로 TiO2 페이스트로 제조하여 복잡한 합성 공정을 간소화하는데 성공하였다. 염료감응 태양전지의 제조 공정을 간소화하는 과정에서 바인더로 사용되는 에틸 셀룰로오스를 0.4 g, 0.6 g, 0.8 g으로 변화하여 첨가하였고 그 중 0.6 g을 첨가한 경우 가장 우수한 특성을 보였으며 이 때 VOC, JSC, FF 및 광전변환효율은 각각 0.73 V, 7.59 mA/cm2, 62.10% 및 3.45%를 나타내었다. 또한 TiO2 졸과 에틸 셀룰로오스 용매로 사용된 테피놀의 혼합을 위해 첨가되는 에탄올의 양을 20 ml, 25 ml, 30 ml, 35 ml로 조절하였다.
- 이것은 process II의 간소화된 방법으로 제조한 페이스트는 에틸 셀룰로오스를 0.6 g, 에탄올을 30 ml 첨가한 S6의 경우 가장 우수한 전기화학적 특성을 나타내었으며 기존에 알려져 있는 졸겔법으로 제조한 TiO2를 제조한 다음 열처리하고 다시 페이스트화 하는 복잡한 방법을 대신 졸겔합성한 TiO2졸을 바로 페이스트화 하여 제조 공정을 간소화하여 보다 우수한 특성을 나타내었으며 또한 이를 통해 염료감응 태양전지의 산업화 과정 중 원가절약에도 큰 도움을 줄 것으로 판단된다.
- 저항 값이 매우 크게 나타난 S3의 조건으로 제작한 염료감응 태양전지의 경우 개방전압 (Voc), 전류밀도(Jsc), fill factor (FF) 및 광전변환효율 (η)은 각각 0.72 V, 4.54 mA/cm2, 67.49% 및 2.21%로 가장 낮은 효율이 나타났으며 S2의 경우, 개방전압, 전류밀도, fill factor 및 광전변환효율은 각각 0.73 V, 7.59 mA/cm2, 62.10% 및 3.45%로 가장 우수한 효율을 나타내었다.
- 페이스트 제조 과정에 있어 에틸 셀룰로오스의 첨가량을 조절한 결과 0.6 g을 첨가한 S2를 사용하여 제작한 염료감응 태양전지가 가장 우수한 특성을 나타내었다. 그 결과로 에틸 셀룰로오스 첨가량을 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.