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작업전극과 상대전극에 탄소나노튜브를 이용한 염료감응 태양전지의 특성연구
The characteristics of dye-sensitized solar cells using carbon nanotube in working and counter electrodes 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.27 no.6, 2014년, pp.308 - 313  

김보라 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부) ,  송수일 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부) ,  이학수 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부) ,  조남준 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부)

초록
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염료감응형 태양전지의 광전극 및 상대전극탄소나노튜브를 도입하여 전지의 광전기적 특성 변화를 EIS, J-V 특성곡선 및 UV-Vis 분광기를 이용하여 분석하였다. $TiO_2$ 광전극의 전기전도도 및 광전효율을 향상시키기 위해 전자전달 촉진자 역할을 하는 multi-wall carbon nanotube (MWCNT)를 $TiO_2$와 혼합하여 $TiO_2$-MWCNT 복합체를 sol-gel 연소 복합공정을 통해 제조하여 조사한 결과 0.1 wt% MWCNT를 첨가한 경우, $TiO_2$만을 사용한 경우에 비해 약 12.5%의 향상된 효율을 보였다. $TiO_2$-MWCNT 복합체에서 MWCNT가 $TiO_2$ 층의 전자이동을 향상시켜 저항을 감소하고 염료와 전자의 재결합을 감소시킨 결과로 생각된다. 그러나 0.1 wt%보다 많은 MWCNT를 첨가할 경우 광투과도 및 염료의 흡착량을 감소시켜 효율이 감소하였다. 또한 상대전극에 MWCNT와 MWCNT-Pt를 적용하였을 경우 각각의 효율은 1.2%와 4.1%로 MWCNT만 적용할 때 보다 백금이 담지된 MWCNT를 사용하였을 경우에 백금과 비슷한 효율을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effect of electrochemical characteristics of dye-sensitized solar cells (DSSC) upon employing multi-wall carbon nanotube (MWCNT) on both working electrode and counter electrode were examined with using EIS, J-V curves and UV-Vis absorption spectrometry. When 0.1 wt% of MWCNT was employed in the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 염료감응형 태양전지의 광전극 및 상대전극에 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 사용하여 광촉매층의 전기적 특성 향상과 고가의 Pt를 사용 하는 상대전극의 저가화의 가능성을 타진하기 위해 cell을 제작하여 광전효율 등의 특성평가를 수행하였다. 염료감응형 태양전지의 광전효율이 낮은 원인 중 하나는 광전극의 염료분자가 흡수한 광에너지에 의해 들뜬 전자가 TiO2층의 전도띠로 전달되고 TiO2층을 따라 광전극으로 전도되는 과정에서 전자의 이동이 원활하지 않아 홀과 다시 만나 환원되어 성능을 저하 시키는 원인이 된다.
  • 본 연구에서는 DSSC의 광전극의 전기전도도 및 광전효율을 향상시키기 위해 전자전달촉진자의 역할을 하는 MWCNT를 TiO2와 혼합하여 TiO2-MWCNT 복합체를 제조하여 MWCNT의 함량에 따른 광전효율을 비교하였다. 0.
  • 염료감응형 태양전지의 광전효율이 낮은 원인 중 하나는 광전극의 염료분자가 흡수한 광에너지에 의해 들뜬 전자가 TiO2층의 전도띠로 전달되고 TiO2층을 따라 광전극으로 전도되는 과정에서 전자의 이동이 원활하지 않아 홀과 다시 만나 환원되어 성능을 저하 시키는 원인이 된다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 광전극의 TiO2 층에 전기전도성이 우수하고 화학적으로 안정한 탄소나노튜브를12,13 이용한 TiO2- MWCNT 나노복합체를 제조 사용하여 MWCNT의 함량에 따른 광전효율의 변화를 조사하였다. 또한 상대 전극에 사용되는 고가의 백금 사용을 줄여 제조단가를 낮출 수 있는 방안으로 백금 대신에 백금이 담지된 탄소나노튜브를 사용하여 광전효율을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
염료감응 태양전지는 어떻게 개발되었는가? 이러한 여건에서 비교적 제조단가가 저렴한 염료감응형 태양전지가 주목을 받고있다. 염료감응 태양전지는 스위스의 Gratzel 교수가 1991년 비교적 값이 싼 TiO2 반도체 박막에 광감응제로 Ru(II)계 착화합물 염료를 흡착시켜 개발하였다.2-4 실리콘을 대체할 태양전지로써 상용화에 가장 근접한 염료감응 태양전지는 광전효율이 약 10%로 기존의 태양전지에 비해 다소 낮은 수준이나, 제조단가가 실리콘 전지의 약 1/5 수준으로 매우 낮아 가격경쟁력이 우수한 기술로 평가받고 있으며 원재료인 이산화티탄, 염료, 전해질 등의 자원적인 제약이 적어 저가격, 고성능의 차세대 태양전지로의 가능성이 있어 각광 받고 있다.
염료감응 태양전지의 특징은 무엇인가? 염료감응 태양전지는 스위스의 Gratzel 교수가 1991년 비교적 값이 싼 TiO2 반도체 박막에 광감응제로 Ru(II)계 착화합물 염료를 흡착시켜 개발하였다.2-4 실리콘을 대체할 태양전지로써 상용화에 가장 근접한 염료감응 태양전지는 광전효율이 약 10%로 기존의 태양전지에 비해 다소 낮은 수준이나, 제조단가가 실리콘 전지의 약 1/5 수준으로 매우 낮아 가격경쟁력이 우수한 기술로 평가받고 있으며 원재료인 이산화티탄, 염료, 전해질 등의 자원적인 제약이 적어 저가격, 고성능의 차세대 태양전지로의 가능성이 있어 각광 받고 있다.5-9 현재 에너지 변환효율을 15% 이상 향상시키기 위한 노력이 진행되고 있으며, 상용화를 위한 제조공정 개발도 함께 진행되고 있다.
환경 친화적인 태양전지의 중요성이 부각되는 이유는 무엇인가? 최근 원유가격 급등과 온실가스 배출 관련 국제협약으로 인해 에너지 수입 의존도가 높은 국가들은 미래의 에너지와 환경문제를 극복할 수 있는 신재생에너지 개발 및 상용화가 절실한 상황이다. 따라서 미래신재생에너지 중 무한한 태양빛을 에너지원으로 하는 환경 친화적인 태양전지의 중요성이 부각되고 있다.
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참고문헌 (20)

  1. M. Gratzel, Nature, 414, 338-344 (2001). 

  2. B. O'Regan, and M. Gratzel, Nature, 353, 737-740 (1991). 

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  20. Y. Jo, J. Lim, H. Nam and Y. Jun, J. Korean Electrochem. Soc., 12, 301-310 (2009). 

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