초록 ▼

본 연구는 염료감응형 태양전지의 연구에 바탕을 두고 고분자를 이용한 겔형 전해질을 제조하여 액체형 염료감응형 태양전지의 최대 약점인 액체누수와 용매증발의 전해질의 휘발문제를 해결하고 태양전지의 장기 안정성을 향상시키기 위한 연구이다. 액체형 전해질을 대체하기 위한 고분자 전해질로 PEGME (Poly(ethylene glycol) Methyl Ether)에 $TiO_2$ 졸과 같은 나노입자를 가교시킨 고체형 고분자 전해질을 개발한다. 또한 올리고머와 광개시제의 조합을 선정하여 UV 경화형 고분자 전해질을 개발한다

본 연구는 염료감응형 태양전지의 연구에 바탕을 두고 고분자를 이용한 겔형 전해질을 제조하여 액체형 염료감응형 태양전지의 최대 약점인 액체누수와 용매증발의 전해질의 휘발문제를 해결하고 태양전지의 장기 안정성을 향상시키기 위한 연구이다. 액체형 전해질을 대체하기 위한 고분자 전해질로 PEGME (Poly(ethylene glycol) Methyl Ether)에 $TiO_2$ 졸과 같은 나노입자를 가교시킨 고체형 고분자 전해질을 개발한다. 또한 올리고머와 광개시제의 조합을 선정하여 UV 경화형 고분자 전해질을 개발한다. DSSCs에 적용한 결과, mesoporous $TiO_2$를 전극물질로 사용했을 경우 효율이 7.33%을 보여 $TiO_2$(P-25)를 사용한 경우의 6.59% 효율 보다 10%의 효율 향상을 이룰 수 있었다. P-25를 전극물질로 사용하고 nanocomposite 물질에 열 경화 기술을 적용하여 측정한 결과 (3.03% 효율)는 열 경화를 하지 않은 것(2.43% 효율) 보다 25% 향상된 효율을 보였다. Polyethylenglycoldiacrylate와 Trimethylolpropane triacrylate를 UV에 의해 경화한 겔형 고분자 전해질은 $2\sim4\times10^{-3}Scm^{-1}$의 이온전도도를 나타내었다. 제작된 염료감응형 태양전지는 $90^{\circ}C$에서 안정적이었으며, 표준조건 (1sun)에서의 $5.11mW/cm^2$의 전력을 생산하였고, 효율 5.11%이었다. 고체전해질 염료감응형 태양전지는 연구 개발을 거듭하여 곧 액체전해질과 비슷한 효율을 보일 것으로 기대되어진다. 이러한 기술은 DSSCs의 상업화에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

We have tried to enhance stability and efficiency of conventional liquid electrolyte type dye-sensitized solar cell which may have some potential problems such as leaking and vaporization of liquid electrolyte. For the enhancement of ion conduction and mechanical properties of polymer electrolyte an

We have tried to enhance stability and efficiency of conventional liquid electrolyte type dye-sensitized solar cell which may have some potential problems such as leaking and vaporization of liquid electrolyte. For the enhancement of ion conduction and mechanical properties of polymer electrolyte and electrode in DSSC. And electrolyte composite materials were prepared with acid of PEGME and $TiO_2$ sol by heat treatment $(70^{\circ}C)$ method. UV hardening polymer electrolyte were prepared with selected couple of oligomer and photo-initiator. Thus prepared materials were characterized. DSSCS fabricated with these materials were tested and characterized. DSSCS fabricated with mesoporous $TiO_2$ materials showed about 7.33% of cell efficiency DSSCs fabricated with gel-type solid state electrolyte treated by thermal method showed an open circuit voltage of 0.608 volt and a short circuit current of $8.85mA/cm^2$ with 3.03% overall conversion efficiency at AM Global 1.5 $(100mW/cm^2)$, which is 25% higher than that of DSSCs fabricated with untreated solid electrolyte (2.43%). It could be conclude that heat treatment technique is very useful to improve and modify polymers composite. Gel type polymer electrolyte prepared by UV curing of Polyethylenglycoldiacrylate and Trimethylolpropane triacrylate have $2\sim4\times10^{-3}Scm^{-1}$ conductivity. DSSC fabricated with UV cured gel-type electrolyte showed stable state in $90^{\circ}C$, produced power of $5.11mW/cm^2$ with 5.11% overall conversion efficiency at AM Global 1.5 $(100mW/cm^2)$. This advanced technique could be applied to make commercial DSSCs with high stability.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...5
• CONTENTS...7
• 목차...10
• 그림목차...13
• 표목차...15
• I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발...16
• 제 1 장 서론...18
• 제 1 절 연구개발의 필요성...18
• 1. 사회.문화적 측면...18
• 2. 경제.산업적 측면...21
• 3. 기술적 측면...24
• 제 2 절 연구개발의 목표 및 내용...26
• 1. 연구개발의 목표...26
• 2. 연구개발의 범위...27
• 제 3 절 국내외 기술개발 현황...28
• 1. 기술 개발 현황...28
• 2. 국내.외 기술개발현황에 미치는 영향...29
• 제 2 장 연구개발 수행 내용 및 결과...30
• 제 1 절 연구내용...30
• 1. 염료감응형 태양전지의 원리...30
• 2. 고분자 전해질...31
• 제 2 절 실험적 접근...33
• 1. 실험 방법...33
• 가. Mesoporous $TiO_2$ 전극물질 제조 및 DSSCs 제작...33
• 나. 고분자 전해질 제조...34
• 다. 염료감응형 태양전지의 제작...35
• 라. 전극물질, 고분자 전해질 및 태양전지의 특성평가...37
• 제 3 절 연구 결과 및 고찰...39
• 1. 전극물질의 특성 분석...39
• 가. X-선 회절 분석...39
• 나. FE-SEM 분석...41
• 다. TEM 분석...42
• 라. BET 분석...43
• 마. 광전류-전압 특성 분석...45
• 2. Nanocomposite 고분자 전해질의 특성분석...47
• 가. FT-IR 분석...47
• 나. X-선 회절 분석...49
• 다. TGA 분석...50
• 라. 광전류-전압 특성 분석...51
• 제 3 장 결론...54
• 제 4 장 연구개발 결과의 활용계획...55
• 참고문헌...56
• II. 유기태양전지용 UV/열 경화 고분자 전해질 개발...58
• 제 1 장 서론...60
• 제 1 절 개요...60
• 제 2 절 필요성...61
• 제 3 절 연구의 목표 및 범위...63
• 제 2 장 결과 및 고찰...64
• 제 1 절 연구결과 및 고찰...64
• 1. 기존 겔형 고분자 전해질...65
• 2. UV 경화형 고분자 전해질용 모노머 및 올리고머 조사 선정...67
• 3. UV 경화형 고분자 전해질 적용 DSSC 제작...69
• 4. UV 경화형 고분자 전해질 적용 DSSC 성능측정...72
• 제 3 장 결론...75
• 제 1 절 결과...75
• 제 2 절 활용 방안 및 기대 효과...76
• 1. 기술적인 측면...76
• 2. 경제적인 측면...76
• 3. 활용방안...77
• 참고문헌...78