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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)나노팩 |
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보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2012-04 |
과제시작연도 | 2012 |
주관부처 | 지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
등록번호 | TRKO201300024964 |
과제고유번호 | 1415126388 |
DB 구축일자 | 2013-09-14 |
키워드 | 염료감응.TiO2페이스트.염료.전해질.봉지재. |
개발목표 및 내용
1. 단계목표
가. TiO2 페이스트
1) 고효율 광음극용 TiO2 페이스트 개발
2) 소성온도 저하 및 저가격화 공정의 친환경 수용성 페이스트 개발
나. 염료
1) 몰흡광계수/파장 2.00x104 MM-4cm-1/900 nm 이상의 Ru 염료 개발 및 몰흡광계수 6.00X104M-4cm-1 의 유기 염료 개발
2) 저가형 고성능 유기염료 개발
3) 효율증
개발목표 및 내용
1. 단계목표
가. TiO2 페이스트
1) 고효율 광음극용 TiO2 페이스트 개발
2) 소성온도 저하 및 저가격화 공정의 친환경 수용성 페이스트 개발
나. 염료
1) 몰흡광계수/파장 2.00x104 MM-4cm-1/900 nm 이상의 Ru 염료 개발 및 몰흡광계수 6.00X104M-4cm-1 의 유기 염료 개발
2) 저가형 고성능 유기염료 개발
3) 효율증가용 첨가제 개발
다. 전해질
1) 고 순도 / 고 효율을 갖는 환경 친화형 전해질 개발
(순도 : > 98%, 수율 : > 90%, 10-2S/cm, 효율 : 11%)
2) 에너지변환효율 최적화를 위한 전해질 개발
: 확산계수, 계면접촉, TiO2 침투성, 내구성 등 최적화 구현
3) 양산화(대량 생산) 제조 공정 구축 : > 10 Ton/Mon.
라. 봉지재
1) 400℃ 소성용 Bi2O3-B2O3-ZnO계 봉지재용 유리 조성 최적화
; 연화온도 < 400℃, 소성온도 400℃, 열팽창계수 90~100×10-7/K,
2) 염료감응 태양전지 봉지재용 적용 기술 개발
; Paste 바인더 matching성, Paste 안정성, Filler 조합비 최적화
2. 개발내용 및 결과
가. TiO2 페이스트
1) TiO2의 입자크기 및 모폴로지에 의한 단위셀의 고효율화
합성조건에 의한 입자크기 15~30nm, 입도분포 95%의 단일입자 제조와 크기와 형상이 제어된 결정상 TiO2 나노구조체(rod, wire, tube, cubic등) 합성 및 이를 이용한 페이스트 제조하여 선도 기업 대비 동등이상의 고효율화 성능확보
2) 광음전극의 투과율 향상을 위한 비드밀 및 초음파분산 최적화로 고투명 페이스트 제조조건 확립
3) 소성온도 저하조건을 위한 바인더, 분산제등 첨가제의 특성분석과 TiO2 나노입자 크기별 조합에 따른 소성온도 저하 광전변환 특성 연구하여 입자간 결합력, 기판과 부착력 향상을 위한 페이스트 조성물 확립
4) 입자 세정 및 용매치환 공정을 나노멤브레인으로 개선하여 공정시간 단축 및 연속공정성 확보
5) 저가격화 및 친환경화를 위한 수용성 조성물로 구성된 수성페이스트의 선도기업 대비 동등성능 확보
나. 염료
1) Long alkyl 치환기를 가진 Ru 고효율 염료를 염료를 합성하여 장기안정성도 우수하며 광전 변환효율이 N719 대비 동등 이상의 염료 개발
2) 흡광능력 및 흡광영역 극대화를 통하여 광전류 극대화 염료를 이용하여 광전극 4um 두께만으로 기존 고효율 염료인 N719보다 더욱 우수한 광전변환효율을 가지며, 소자 최적화시 N719 대비 105% 효율의 염료 개발
3) 기존의 금속 착물 염료 합성 분리시 사용되는 Sephadex LH-20 column 정제를 배제하는 합성법을 이용한 저비용 Ru 염료 개발
4) 전자받개 능력이 큰 bridging group 을 spacer로 도입함으로써, 염료의 각 파트별 energy level 들의 linear combination 과정에서 전체 염료분자의 HOMO, LUMO level 을 조절하고 이를 통해 광흡수영역의 광대역화를 가능하게 하여 780nm의 광영역대까지 흡수하는 유기 염료 개발
5) 전자주개 부분에 고흡광의 특성을 갖는 유기물을 적용, 몰흡광계수가 76,000 M-1cm-1의 유
기 염료 개발
6) 염료의 HOMO 준위의 조절이 중요하며, 다양한 발색단을 long alkyl chain으로 연결한 dendrimer 구조에서 효율 상승과 함께 electron life time이 증진됨을 확인
7) Energy donor 와 energy acceptor 간의 energy transfer 를 통하여 효율 증진 입증
다. 전해질
1) 염료태양전지용 친환경 고효율 고순도 이온성 액체(IL) 전해질 제조
: 출발 및 최종 물질 100% 직접합성 국산화 완료(순도: ~ 99%, 수율 : ~ 96%)
2) 이온성액체를 이용한 염료태양전지용 전해질 개발 완료
: 내열성 및 신뢰성이 우수한 전해질 개발완료(5x10-2S/cm, 455℃)
3) 신규 Gell Polymer 전해질 직접제조 및 시제품 제작.
: 100% 자체, 국산화, 신규고분자를 이용한 염료태양전지용 준고체전해질개발
4) 이온성 액체(IL) 100% 자체 양산체제 구축 완료
: 이온성 액체 양산화 구축 완료(>10Ton/월 양산체제 구축)
: 대량생산화 및 제조 공정 계발 를 통한 가격 경쟁력 확보( IL 양산화를 통한 응용처 매출 발생)
: 생산 공정의 규격화 완료, 제조 공정의 안정화/품질화 완료
라. 봉지재
1) 400℃ 소성용 Bi2O3-B2O3-ZnO계 봉지재용 유리 조성 최적화
; Ts : 370℃로 400℃에서 소성 가능한 조성 개발.
2) DSC 소성 type 봉지재 적용을 위한 온도 및 습도에 따른 봉지재 신뢰성 평가
3) 봉지제 glass powder 제조 공정 및 품질 최적화 조건 확립
4) 봉지재용 glass paste recipe 확보.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
가. TiO2 페이스트
1) 고효율 TiO2 페이스트의 공정기술확보로 페이스트 제조원가 절감효과 및 양산화체계 설계방
안 마련, 5MW급이상의 양산라인에 페이스트 공급 가이드라인 수립
2) 양산설비 구축시 상용화 페이스트 가격의 90%의 이하 가격 가능
나. 염료
1) 기술적 기대효과 : 다양한 염료 분자의 구조적 디자인 기술 및 합성 및 정제기술확보
2) 경제적 기대효과 : 다양한 염료확보를 통하여 장수명 및 다양한 color 구현 가능
다. 전해질
1) 100% 국산화 및 양산화 실현을 통한 물성 및 가격 경쟁력 확보
2) 산업재산권(국내 특허 5건) 출원을 통한 기술력 확보
3) 신규 전해질 개발을 통한 학회발표(5건)로 기술력 공유 및 응용처 다변화 효과
4) 신규 아이템 도출을 통한 고용 인력 창출(6명)
라. 봉지재
1) 무기 봉지제의 국내 기술력 증진 및 glass 소재의 응용범위 확대.
2) Glass 봉지 소재의 시장 영역 확대.
4. 적용분야
1) 고효율 DSC 모듈 광전극용 TiO2 페이스트
2) 콜로이달 TiO2 졸을 활용한 스프레이용 TiO2 나노잉크, 잉크젯용 나노잉크, LR 코팅용액
3) 염료감응태양전지의 다양한 color 구현 가능
4) 분자 디자인 기술 개발 및 경험 축적을 통하여 향후 유기 태양전지 및 디스플레이 소재 개발에 적용 가능
5) 염료태양전지용 고순도 고효율 이온성 액체 전해질
6) 이온성액체 전해질 양산 체제 구축완료에 따른 파생제품 사업화
: 대전방지용 이온성액체 코팅제(IT 부품)
: 영구대전용 M/B, C/P용 원료.
: 슈퍼캐페시터 / EDLC / 2차전지용 이온성액체 전해질.
7) 염료 감응형 태양전지의 봉지재료로써 활용, 집전극 보호재료로써 활용, 전극의 소결 조제로써의 활용.
1. TiO2 paste
[1] The main goals
(1) Development of TiO2 paste for solar light harvesting electrode to fabricate high efficient DSC.
(2) Synthesis of Environmental friendly water based TiO2 paste by lowering sintering temperature and by adopting low cost pro
1. TiO2 paste
[1] The main goals
(1) Development of TiO2 paste for solar light harvesting electrode to fabricate high efficient DSC.
(2) Synthesis of Environmental friendly water based TiO2 paste by lowering sintering temperature and by adopting low cost process
[2] Contents and results
(1) Effects of TiO2 particle size and morphology on the efficiency of DSC unit cell
- Synthesis of 15nm-30nm of primary particle size of TiO2
- Synthesis of controlled dimension and shape of TiO2 nanorod, nanowire, nanotube and nanocubic
- Synthesis of paste for DSC unit cell to achieve same or higher efficiency as that of leading industry or country
(2) Establishment of synthesis condition of paste to make high transparent electrode
(3) In order to lower sintering temperature of paste binder and dispersant have been
tested and screened by investigating I-V characteristic. In addition, necking particles and addhesiveness were seriously investigated during low temperature of sintering condition.
These studies lead to determine the most optimized composition of paste.
(4) Nanomembrane process has been adopted, which is the most unique in the world, so that operating time has been greatly saved and continuous process is possible.
[3] Prospectiveness
(1) Interim product TiO2 sols with various solvent are viable to be commercialized in the area of IT and ET (Energy or Environment)
(2) Cheap price TiO2 paste, 10% of current market price shall appear in the market, and then cost effective DSC module is possibe to be in the market.
[4] Applications
(1) Market-driven DSC module products ; BIPV, BAPV, electronics, education et al
(2) Various type of TiO2 colloidal can be commercialized to fabricate DSC by spary coating, inkjet printing
2. Dye
1) We have synthesized new Ru-sensitizers with improved light harvesting for DSC by extending the π-conjugation of the hydrophobic ligand and endowing it with electron donating alkyl groups. These new dyes were demonstrated as highly efficient, stable sensitizers for DSC. And we also, organic photo-sensitizers containing multi-acceptors in a chromophore have been synthesized and characterized for the application of DSC. In this study, we have used intramolecular push-pull system containing phenothiazine as the electron donor with different number of cyanoacetic acid moieties as electron acceptor/anchoring groups in a chromophore. The experimental results have revealed that when the induced electron acceptor increases, the larger amounts of dyes are adsorbed on the TiO2 surface in DSC, resulting in the increase of short circuit photo current density. Our results suggest that the organic dyes with multi-electron acceptors moieties are promising for getting higher solar-to electricity conversion efficiencies in DSC.
3. Electrolyte
1) For dye solar cells, eco-friendly, high efficiency, high-purity ionic liquid (IL) electrolyte manufacture. : Departure and the final product 100% complete localization of the direct synthesis(purity: ~ 99%, yield: ~ 96%). 2) Using ionic liquid electrolyte dye solar cells developed : Completed the development of electrolyte thermal resistance and excellent reliability(5x10-2S/cm, 455 ℃). 3) New gell polymer electrolyte direct manufacturing and cell production. : 100% self, localization, semi-solid electrolytes development with new polymer. 4) Ionic liquids (IL), 100% completion of the production system itself : Completion of the mass production of ionic liquids (> 10 Ton /mon, production system), Price competitiveness through Mass production and manufacturing process development, Standardization of the production process is complete, the stabilization of the manufacturing process / quality complete.
4. Sealing material
Sealing material which code name is BSP-780 was developed for sealing of Dye Sensitized Solar Cells about Bi2O3-B2O3-ZnO main glass system. BSP-780 is consist with glass powder which has a very low glass transition temperature (Tg = 351℃, Tdsp = 367℃) and ceramic filler having low coefficient of thermal expansion. As D50 in number of particles is about 3.0 um, it is possible to sinter about 400℃.
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
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키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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