초록 ▼

1. 연구개발 목표 및 내용현재 태양전지의 하나로 활발히 연구되고 있는 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSCs) 의 성능을 향상시키는 연구의 한 가지 방법으로 타이타니아 나노 소재로 제조된 전극에 전자빔을 조사함으로서 전극의 특성향상에 미치는 영향을 관찰하였다 염료를 흡착하지 않은 전극(I -series)과 염료를 흡착한 전극(II-series)위에 전자선의 조사선량을 달리하여 60KgY에서 900KgY까지 분당 15KgY으로 조사하였고, 조사된 전극물질은 FT-IR, FE-SEM, XRD,

1. 연구개발 목표 및 내용현재 태양전지의 하나로 활발히 연구되고 있는 염료감응형 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSCs) 의 성능을 향상시키는 연구의 한 가지 방법으로 타이타니아 나노 소재로 제조된 전극에 전자빔을 조사함으로서 전극의 특성향상에 미치는 영향을 관찰하였다 염료를 흡착하지 않은 전극(I -series)과 염료를 흡착한 전극(II-series)위에 전자선의 조사선량을 달리하여 60KgY에서 900KgY까지 분당 15KgY으로 조사하였고, 조사된 전극물질은 FT-IR, FE-SEM, XRD, UV-DRS를 통하여 Characterization 하였다.Cell의 전류밀도는 potentiostat (EG&G 273)에 의해 측정되었고 전류-전압곡선은 컴퓨터 2대를 사용하여 여러 부하에서 멀티미터 (Model 2000, Keithley)에 의해서 측정되었고, power analyzer (Field Master GS, Coherent)와 calibrated thermopile sensor(LM-10, Coherent)에 의해 측정된 AM 1.5 글로벌 조건에서 150W Xe lamp에 가시광선 필터를 사용하여 측정하였다.이러한 연구를 통하여 나노 신소재의 특성향상 및 제조 분야에 전자빔을 이용하는 기초 자료로 활용하고자 한다.2. 연구결과염료를 흡착하지 않은 전극(I -series)과 염료를 흡착한 전극(II-series)의 FT-IR을 측정한 결과 N7l9 Ru염료의 특성에 해당하는 피크가 형태를 유지되었으나 그 세기가 감소하였고, 타이타니아 카르복실 그룹사이의 에스터 결합과, 카르복실 그룹과 Ti-O의 산화와 깨짐 때문으로 인한 피크의 splitting도 관찰되었다. 이는 DSCs의 성능과 광전류의 저하를 초래하는 결과를 가져온다.XRD pattern을 조사한 결과, TiO2의 결정성은 전자빔 조사선량이 증가할수록 아나타제 피크가 감소하고 결정성이 떨어졌다 또한 전자빔을 조사한 TiO2는 P25보다 낮은 아나타제 피크를 나타내고 광전류밀도 역시 낮았다.전류-전압곡선을 측정한 결과 염료를 흡착하지 않은 전극(I-series)의 경우, 60KgY에서 Voc=0.71V, Jsc=7.09mA/cm2, $FF=65\%,\;\eta=3.18\%$를 나타내었고, 900KgY에서는 Voc=0.68V, Jsc=5,18mA/cm2, $FF=68\%,\;\eta=2.38\%$를 나타내었다.염료를 흡착한 전극(II-series)의 경우에는 60KgY에서 Voc=0,64V, Jsc=4.79mA/cm2, $FF=66\%,\;\eta=2.02\%$를 나타내었고, 900KgY에서는 Voc=0.045V, Jsc=0.112mA/cm2, $FF=41.3\%,\;\eta=0.0024\%$를 나타내었다.당초의 목표는 전자빔 조사를 통한 DSSC의 성능 향상을 도모 하였으나, 전자빔의 높은 에너지의 광 조사는 조사선량이 증가 할수록 TiO2전극의 결정성 저하와 입자들의 재결합을 통한 표면 넓이(표면넓이가 넓으면 광전류는 낮아진다.)의 증가를 초래하고, 또한 연료흡착 TiO2전극의 전자선 조사에서 조사량의 증가는 염료의 재결합과 변형을 증가시키는 요인이 되었으며 또한, TCO기판의 산화도 유발시키는 것으로 판단된다.3. 기대효과 및 활용방안본 연구는 염료감응형 태양전지의 성능향상을 위한 방안으로 하나로 전자선 조사라는 새로운 형태의 연구를 시도하였다. 본 연구는 지금까지 보고 된 바가 거의 없어 원래의 목표인 태양전지 전극의 성능향상을 달성하지 못하였다. 그러나 본 연구와 같은 새로운 연구를 통하여 염료 감응형 태양전지 degradation 현상에 대한 중요한 사실을 발견하였다. 이러한 연구 결과는 관련기술자들과 상업적으로나 중요한 정보를 제공 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Although dye-sensitized solar cells (DSCs) was well known as a promising cheap photovoltaic device, much more improvement in terms of stability and energy conversion efficiency should be intensively done before bringing it to practical applications. On the other hand, the performance of DSCs under s

Although dye-sensitized solar cells (DSCs) was well known as a promising cheap photovoltaic device, much more improvement in terms of stability and energy conversion efficiency should be intensively done before bringing it to practical applications. On the other hand, the performance of DSCs under severe conditions such as high temperature, high -energy ray irradiation is also noteworthy to be studied for the potential commercialization of this device.In this study, the effect of electron-beam irradiation on the photovoltaic performances of resulting DSCs were explored. 2-MeV electrons was used as the sources for electron-beam irradiation. The electron-beam irradiation was dosed from 60 to 900 kGy with the dose rate of 15 kGy/min.Electron-beam irradiation was found to cause degradation of crystallinity and physicochemical properties of $TiO_2$ films. When irradiated $TiO_2$ was used as DSC substrate material, the performance of resulting DSCs was significantly decreased. Furthermore, extremely low photovoltaic performances were observed on the DSCs fabricated with dye adsorbed $TiO_2$ substrates that were subjected to electron beam irradiation. The effect of electron beam irradiation on the decrease of transparency of TCO glass might be contribute to the performance decline of DSCs fabricated with the irradiated $TiO_2$ substrate. On the other hand, when the dye adsorbed $TiO_2$ were irradiated and used for the fabrication of a DSCs, the negligible efficiencies of resulting DSCs were ascribed to the partial decomposition of dye as a sensitizer under electron beam irradiation. The higher the irradiation dose, the lower the energy conversion efficiency of resulting DSCs. It was shown that the 60 KgY sample has maximum energy conversion efficiency in the DSCs fabricated with $TiO_2$ and dye absorbed $TiO_2$ irradiated bye-beam (conversion efficiency = $3.18\%\;and\;2.02\%$, respectively).