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제안 방법
- FTO glass를 tape casting하여 doctor blade 방식으로 성막 후 소성된 TiO2 광전극의 두께는 SEM (TESCAN, Vega II LSU)을 사용하여 측정하였으며, 그림 3에 나타내었다. 그림 3의 (a)에서 1 layer tape casting의 경우 TiO2 전극의 두께가 18 ㎛이며, 2 layer의 경우 44 ㎛, 그리고 3 layer의 경우 58 ㎛인 것으로 나타났다.
- Linear 온도상승 방법과 stepwise 온도상승 방법으로 TiO2 광전극을 제작하였다. TiO2 광전극 제작 시소성온도 상승방식에 따른 효율변화를 알아보기 위하여 앞의 실험결과에서 효율이 가장 높게 나온 1 layer tape casting의 조건에서 TiO2 광전극을 제작하였다.
- paste를 성막하였다. Tape casting 작업 시 0.25 cm2 활성영역 (active area)의 TiO2 광전극 형성을 위하여 활성역역 이외의 FTO glass 표면에 tape casting하였다. TiO2 광전극의 두께에 따른 효율변화를 측정하기 위하여 tape casting 두께를 1, 2 그리고 3 layer로 casting하였다.
- 광전극을 제작하였다. TiO2 광전극 제작 시소성온도 상승방식에 따른 효율변화를 알아보기 위하여 앞의 실험결과에서 효율이 가장 높게 나온 1 layer tape casting의 조건에서 TiO2 광전극을 제작하였다.
- Doctor blade 방식으로 TiO2 paste를 성막 후 실온에서 30분 동안 leveling하였다. TiO2 광전극의 결정성 증가 및 효율변화를 측정하기 위하여 소성온도 상승 방식을 각각 달리하여 최고온도 450℃에서 소성하였다.
- TiO2 광전극의 두께, 소성온도 상승방식, 그리고 광전극 기판과 상대전극 기판의 간격의 차이를 달리하여 제작된 DSSC 제작과 전기적은 특성을 조사하였다. 1 layer tape casting, stepwise 온도상승 방식 일때 TiO2 광전극의 두께 18 ㎛, TiO2 광전극 기판과 상대 전극기판의 간격 28 ㎛인 경우 가장 높은 4.
- TiO2 광전극의 두께를 다르게 하여 제작한 DSSC의 개방전압 (VOC), 단락전류 (ISC), 단락전류밀도 (JSC), 충진계수 (fill factor:FF), 최대전류 (Imax), 최대 전압 (Vmax), 최대출력 (Pmax), 효율 (efficiency:EF)를 표 1에 표시하였다.
- 25 cm2 활성영역 (active area)의 TiO2 광전극 형성을 위하여 활성역역 이외의 FTO glass 표면에 tape casting하였다. TiO2 광전극의 두께에 따른 효율변화를 측정하기 위하여 tape casting 두께를 1, 2 그리고 3 layer로 casting하였다. Doctor blade 방식으로 TiO2 paste를 성막 후 실온에서 30분 동안 leveling하였다.
- TiO2 광전극의 소성온도 상승방식에 따른 DSSC의 효율변화를 측정하기 위하여 두 가지 방식으로 온도를 상승시켰다. 첫 번째는 일반적인 방식으로 30℃/분 상승하여 최고온도 450℃에서 30분 소성 후 전기로 내에서 80℃까지 자연 냉각시켰다 (이하 linear 온도 상승이라 칭함) [16].
- 건조된 FTO glass에 TiO2 광전극을 형성하기 위하여 tape (3M scotch magic tape)으로 tape casting 후 doctor blade 방식으로 TiO2 paste를 성막하였다. Tape casting 작업 시 0.
- 두 기판을 클램프로 고정한 후 전기로의 온도 125℃에서 5분 동안 가열하여 surlyn film과 두 기판을 결합하였다. 결합된 두 기판을 상온까지 자연 냉각시킨 후 상대전극 제작 시 가공한 전해질 주입구를 통해 전해질 (acetonitrile base electrolyte 0.1 M LiI, 0.6 M DMPII, 0.05 M I2, 0.5 M TBP)을 주입하고 주입구를 밀봉하여 전해질이 흘러나오지 않도록 하였다. Cell 측면 구조는 그림 1과 같으며, 실제 제작된 DSSC의 사진은 그림 2에 나타내었다.
- 첫 번째는 일반적인 방식으로 30℃/분 상승하여 최고온도 450℃에서 30분 소성 후 전기로 내에서 80℃까지 자연 냉각시켰다 (이하 linear 온도 상승이라 칭함) [16]. 두 번째는 300℃에서 5분, 370℃에서 5분, 450℃에서 30분 동안 단계적으로 온도를 상승시켜 소성하였다. 소성 후 기판을 전기로 내에서 80℃까지 자연 냉각시켰다 (이하 stepwise 온도상승이라 칭함).
- 두 전극 기판 사이의 간격에 따른 효율의 차이 및 전기적 특성을 비교해 보았다. Surlyn을 사용하여 광전극과 상대전극 사이에 전해질이 주입될 수 있도록 공간을 형성하는데, 이 때 surlyn의 두께를 SEM으로 측정한 결과를 그림 6에 나타내었다.
- 광전극의 제작 시 소성온도 상승방식에 따른 효율변화를 측정하였다. 또한 TiO2 광전극과 상대전극 기판 간격에 따른 cell의 효율변화를 함께 측정하였다.
- 본 연구에서는 TiO2 paste 종류에 따라 형성방법에 따른 광전극의 효율 및 특성이 달라짐으로 상용 TiO2 paste (Ti-nanoxide paste, particle size 100 ± 20 nm, Tera Korea)를 이용해 doctor blade 방식으로 TiO2 광전극의 두께를 달리하여 DSSC를 제작 후 cell의 전기적 특성 및 효율을 측정, 비교하였으며, TiO2 광전극의 제작 시 소성온도 상승방식에 따른 효율변화를 측정하였다.
- 전기로 내에서 자연 냉각된 광전극 기판을 N719염료(cis-diisothiocyanato–bis(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicar boxylato) ruthenium(II) bis(tetrabutylammonium) 0.5 mMol)에 12시간 함침하였다.
- 제작된 DSSC 효율을 solar cell test system (Newport Stratford, No. 91192 1 kW)으로 측정하였다. AM 1.
- 제작된 전극의 활성영역 가장자리에 surlyn film (Solaronix, 60 ㎛)을 고정하고 그 위에 전해질 주입구가 surlyn film의 내부를 벗어나지 않도록 상대전극기판을 위치시켜 정렬하였다. 두 기판을 클램프로 고정한 후 전기로의 온도 125℃에서 5분 동안 가열하여 surlyn film과 두 기판을 결합하였다.
대상 데이터
- DSSC의 광전극 기판으로는 FTO (fluorine tin oxide) glass를 사용하였다. 사용된 FTO glass의 가로, 세로 길이는 각각 20 mm, 두께는 2.
- DSSC의 광전극 기판으로는 FTO (fluorine tin oxide) glass를 사용하였다. 사용된 FTO glass의 가로, 세로 길이는 각각 20 mm, 두께는 2.2 mm이며 면저항은 7 Ω/□이다. FTO glass 표면의 유기물 제거를 위해 아세톤으로 5분 동안 초음파 세척, 무기물 및 기타이물질 제거를 위해 에탄올과 D.
- 상대전극 제작에 사용된 기판은 광전극 제작에서와 같은 규격의 FTO glass를 사용하였다. 액체 전해질 주입을 위해 직경 0.
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