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- 3) 전해질 용액 내의 물의 농도가 높아질수록 셀의 jsc 값이 감소하는 이유는 TiO2 광 전극의 conduction band 띠가 위로 이동하여 염료에서 여기 된 전자가 TiO2 광 전극으로 침투하기 어렵기 때문이다.
- 이는 전해질에 포함된 물의 농도가 매우 낮기 때문에 큰 변화를 나타내지 않는 것으로 보인다. 즉, 물이 첨가된 전해질 용액들의 산화환원 potential이 거의 유사하다고 가정하였다.
제안 방법
- CV 측정을 위하여 상대전극으로 Pt wire, 기준 전극으로는 Ag/AgCl wire, 작업 전극으로는 DSSCs에서 사용한 것과 동일한 방식으로 제작한 Pt를 코팅한 FTO glass를 사용하였다. CV 측정을 위해 3-methoxypropionitrile 용매에 0.1M Tetrabutylammonium hexafluoro-phosphate을 첨가한 후 제작한 전해질(Ref, W1, W2, W3, W4, W5)에 100분의 1의 농도로 각각 첨가하여 희석하였다. CV 측정을 위한 스캔 속도는 50mV/s로 하였다.
- CV 측정을 위한 스캔 속도는 50mV/s로 하였다. EIS 데이터 또한 같은 potentiostat을 이용하여 측정하였으며, 측정은 100kHz에서 100mHz의 진동수 영역에서 주파수를 변화시키며 측정하였다. 측정된 EIS 데이터는 변수 추출을 위해 적절한 등가 회로로 Zview software (Version 3.
- 상대 전극을 만들기 위해 광전극을 만들 때 사용되었던 동일한 FTO glass를 사용하였다. FTO glass에 드릴을 이용하여 두 개의 구멍을 뚫었으며, 구멍을 뚫은 유리를 광전극 세척방법과 동일하게 Triton X-100, DI water, Ethanol을 이용하여 각각 20분씩 초음파 세척하고 질소 가스로 건조하였다. 건조 후 FTO glass 위에 spin-coater(ACE-200, DONG AH Trade CORP.
- 본 연구에서는 기존의 전형적인 염료 감응형 태양전지 셀과 물이 포함된 전해질 용액을 이용하여 CV를 측정하고, 제작한 셀을 j-V 커브와 EIS 변화를 통해 비교 분석하였다. j-V 커브를 통해 전해질 용액에 포함된 물의 농도에 따른 효율의 변화와 EIS 분석을 통해 셀 내부의 저항 변수들의 변화를 고찰하였다. 그 결과는 다음과 같이 설명할 수 있다.
- 2mm, pilkington)를 사용하였다. 가장 먼저 FTO glass의 유기물을 제거하기 위하여 Triton X-100(Samjun chemical), DI water, Ethanol을 이용하여 각각 20분씩 초음파 세척하였다. 세척 후 질소 가스를 이용해 건조하였다.
- 전해질 용액은 다른 곳에서 발표한 자료를 참고하여 제조하였다15). 기준이 되는 전해질 용액은 3-methoxypropionitrile(Sigma aldrich) 용매에 각각 0.6M 1-butyl-3-methylimidazolium iodide(BMII, Sigma aldrich), 0.03M I2(Sigma aldrich), 0.1M Guanidinium thiocyanate(Alfa aesar), 0.5M 4-tert-butylpyridine(Sigma aldrich), 0.05M LiI(Alfa aesar)의 농도로 첨가하여 제조하였다. 물을 첨가한 전해질 용액들은 추가적으로 각기 다른 농도의 물과 0.
- , USA)에서 일치시켰다. 또한 기준 셀과 물이 포함된 셀의 비교를 위해 Voc부터 Pmax에 해당하는 전압 값까지 AM 1.5G 조건하에 50mV의 간격으로 EIS를 측정하였다.
- 물을 첨가하여 제조한 전해질 용액이 TiO2 광전극층에 미치는 영향을 분석하기 위해 물이 포함되지 않은 기준 전해질 용액, 5M 농도의 물이 포함된 전해질 용액으로 제작한 두 셀을 비교 분석하였다. 분석으로는 셀들의 Voc 값부터 maximum power point(Pmax)에 해당하는 V값까지 50mV 간격으로 EIS를 측정하여 변수들을 추출하였다.
- 05M LiI(Alfa aesar)의 농도로 첨가하여 제조하였다. 물을 첨가한 전해질 용액들은 추가적으로 각기 다른 농도의 물과 0.2M Triton X-100를 첨가하여 제조하였다. Triton X-100은 계면 활성제로 첨가함으로서 유기 전해질 용액 내에서 물의 용해를 촉진하는 역할을 한다.
- 본 연구에서는 광전극으로 TiO2를 이용하고 I-/I3- 산화환원 쌍 전해질 용액에 각기 다른 농도의 물을 첨가하여 염료 감응형 태양전지 셀을 제작하였다.
- 본 연구에서는 기존의 전형적인 염료 감응형 태양전지 셀과 물이 포함된 전해질 용액을 이용하여 CV를 측정하고, 제작한 셀을 j-V 커브와 EIS 변화를 통해 비교 분석하였다. j-V 커브를 통해 전해질 용액에 포함된 물의 농도에 따른 효율의 변화와 EIS 분석을 통해 셀 내부의 저항 변수들의 변화를 고찰하였다.
- 본 연구에서는 일반적인 I-/I3- 산화환원 쌍의 전해질 용액에 각기 다른 농도의 물을 첨가하여 제작한 셀의 Current density-Voltage (j-V) 커브를 측정하여 광전기적 특성을 비교하였으며, 두 조건의 셀의 특성을 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 데이터 분석을 통해 전기화학적으로 분석하였다.
- 광전극층에 미치는 영향을 분석하기 위해 물이 포함되지 않은 기준 전해질 용액, 5M 농도의 물이 포함된 전해질 용액으로 제작한 두 셀을 비교 분석하였다. 분석으로는 셀들의 Voc 값부터 maximum power point(Pmax)에 해당하는 V값까지 50mV 간격으로 EIS를 측정하여 변수들을 추출하였다. EIS로부터 추출된 변수의 분석을 위해 적당한 전압 범위에서 결과를 나타내야 한다.
- 염료가 흡착된 광 전극과 Pt가 코팅 된 상대 전극 사이에 Surlyn(60μm, Solaronix)을 이용하여 접합하여 샌드위치 형태로 조립하였다.
- 전해액 투입 후 주입 부위의 누액을 방지하기 위해 투명 테이프로 상대 전극의 두 구멍을 막았다. 완성된 셀을 암실에서 1시간 보관 후 j-V 커브와 EIS를 측정하였다.
- Triton X-100은 계면 활성제로 첨가함으로서 유기 전해질 용액 내에서 물의 용해를 촉진하는 역할을 한다. 전해액 투입 후 주입 부위의 누액을 방지하기 위해 투명 테이프로 상대 전극의 두 구멍을 막았다. 완성된 셀을 암실에서 1시간 보관 후 j-V 커브와 EIS를 측정하였다.
- j-V 커브는 potentiostat(IviumStat, Ivium Technologies, NL)을 이용하여 측정되었다. 전해질 용액의 산화환원 potential 측정을 위한 Cyclic voltammograms(CV)은 동일한 potentiostat으로 측정하였다. CV 측정을 위하여 상대전극으로 Pt wire, 기준 전극으로는 Ag/AgCl wire, 작업 전극으로는 DSSCs에서 사용한 것과 동일한 방식으로 제작한 Pt를 코팅한 FTO glass를 사용하였다.
- 셀은 Hot-press(QM900M, Qmesys)를 이용하여 80℃에서 Surlyn을 녹이며 압력을 가해주어 접합하였다. 접합 후 상대 전극에 뚫려 있는 구멍을 통해 전해질 용액을 투입하였다. 전해질 용액은 다른 곳에서 발표한 자료를 참고하여 제조하였다15).
대상 데이터
- 전해질 용액의 산화환원 potential 측정을 위한 Cyclic voltammograms(CV)은 동일한 potentiostat으로 측정하였다. CV 측정을 위하여 상대전극으로 Pt wire, 기준 전극으로는 Ag/AgCl wire, 작업 전극으로는 DSSCs에서 사용한 것과 동일한 방식으로 제작한 Pt를 코팅한 FTO glass를 사용하였다. CV 측정을 위해 3-methoxypropionitrile 용매에 0.
- 광 전극에 사용되는 투명 전도성 기판은 FTO glass (F-doped Tin Oxide, 8Ω/□, 2.2mm, pilkington)를 사용하였다. 가장 먼저 FTO glass의 유기물을 제거하기 위하여 Triton X-100(Samjun chemical), DI water, Ethanol을 이용하여 각각 20분씩 초음파 세척하였다.
- 광 전극의 코팅 면적은 0.25cm2이고 TiO2 paste는 E&B Korea에서 TTP-20N 제품을 구매하여 사용하였다.
- 상대 전극을 만들기 위해 광전극을 만들 때 사용되었던 동일한 FTO glass를 사용하였다. FTO glass에 드릴을 이용하여 두 개의 구멍을 뚫었으며, 구멍을 뚫은 유리를 광전극 세척방법과 동일하게 Triton X-100, DI water, Ethanol을 이용하여 각각 20분씩 초음파 세척하고 질소 가스로 건조하였다.
- 접합 후 상대 전극에 뚫려 있는 구멍을 통해 전해질 용액을 투입하였다. 전해질 용액은 다른 곳에서 발표한 자료를 참고하여 제조하였다15). 기준이 되는 전해질 용액은 3-methoxypropionitrile(Sigma aldrich) 용매에 각각 0.
성능/효과
- 1) 전해질 용액 내의 물의 농도가 높아질수록 셀의 jsc 값은 감소하며, Voc 값은 증가하는 경향성을 보인다
- 2) 전해질 용액 내의 물의 농도가 높아질수록 셀의 conduction band 띠가 이동하여 Voc 값이 증가한다.
- 그에 반해 TiO2에서의 전하 이동과 재결합 과정에서 발생되는 결과에 관련 있는 가운데 반원 형태의 차이가 큰 것으로 보아 셀 내부의 존재하는 물의 영향은 전자 이동과 재결합에 영향이 있는 chemical capacitance(Cμ)와 TiO2층에서의 electron transport resistance(Rt), 그리고 recombination resistance(Rr)과 관련 있다고 판단할 수 있다.
- W5를 일정 전압만큼 이동시킨 후 두 데이터는 b)에서 나타낸 것처럼 거의 일치하는 것을 볼 수 있다. 이 결과 값은 Table 1의 데이터에서 나타낸 기준 전해질 용액을 이용한 셀과 W5 셀의 Voc 차이 값 76mV와도 상응하는 결과라는 것을 알 수 있다. 앞서 Fig.
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