초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
전기 변색 소자는 외부 인가 전압에 의해 입사광의 특정 파장 영역 차단이 가능하여 건물의 유리창에 적용 시, 태양광 차단에 의한 냉/난방 에너지 소모를 낮출 수 있는 신개념 에너지 세이빙 기술이다. 본 연구에서는 높은 응답속도를 갖는 고분자 전기 변색 재료인 PEDOT:PSS와 소자의 안정적인 구동을 위하여 Antimony-doped Tin Oxide(ATO)을 이온 저장층으로 적용하여 안정적이고, 향상된 성능의 소자를 구현하고자 한다. 전기 변색 소자의 에너지 공급원으로써 적용될 염료감응형 태양전지는

□ 연구의 목적 및 내용
전기 변색 소자는 외부 인가 전압에 의해 입사광의 특정 파장 영역 차단이 가능하여 건물의 유리창에 적용 시, 태양광 차단에 의한 냉/난방 에너지 소모를 낮출 수 있는 신개념 에너지 세이빙 기술이다. 본 연구에서는 높은 응답속도를 갖는 고분자 전기 변색 재료인 PEDOT:PSS와 소자의 안정적인 구동을 위하여 Antimony-doped Tin Oxide(ATO)을 이온 저장층으로 적용하여 안정적이고, 향상된 성능의 소자를 구현하고자 한다. 전기 변색 소자의 에너지 공급원으로써 적용될 염료감응형 태양전지는 3세대 태양 전지로 제조공정이 단순하고, 단가가 저렴하다. 본 연구에서는 NPDS를 통해 광 전극층으로 사용되는 TiO₂를 유연기판에 적층함으로써 공정 시간과 비용을 절감된 유연 염료감응형 태양전지를 제작 하고자 한다. 최종적으로 유연 기판 기반의 태양전지와 전기 변색 소자를 합친 통합 에너지 하베스팅 시스템 제작을 통해, 외부 전력 없이 자체적으로 전기를 생성하여 구동할 수 있는 자가발전형 통합 소자를 구현하고자 한다.

□ 연구결과
- 유연 전기 변색 소자의 제작 및 특성 결과
본 연구에서는 NPDS를 이용하여 FTO glass에 전기 변색 물질인 ATO 분말의 적층 조건을 도출하였으며 ATO만 단일 층으로 적층하여 35% 수준의 변색 투과율 변화를 달성하였다. 그러나 이온 저장층이 없어 반복 실험의 어려움이 있었고 이를 해결하고자 DMSO가 도핑된 PEDOT:PSS를 전기 변색층으로, ATO를 이온 저장층으로 적용하여 변색소자 제작 및 특성 평가를 진행하였다. 해당 유연 기판 기반의 전기 변색 소자는 ±1.5V 인가 전압조건에서 최대 40%의 투과율 변화를 보였으며, 동일 인가전압 조건에서100회 이상의 CV와 6시간의 Cycle 구동을 통해 소자 내구성을 확보할 수 있었다.
- 유연 염료감응형 태양전지 제작 및 특성 결과
TiO₂ 분말을 NPDS를 이용하여 FTO glass에 적층하였고 이를 염료감응형 태양전지의 광 전극 층으로 사용하여 최대 7.3%의 높은 효율을 얻었다. 이와 같은 선행연구 결과를 바탕으로 유연기판에 Laser assistance NPDS (LaNPDS)를 이용하여 유연기판 기반의 염료감응형 태양전지를 제작하였고 TiO₂ 분말 적층 시, 분말에 최대 1.8 W의 레이저 세기를 조사함으로써 최대 1.2%의 효율을 확인할 수 있었다. TiO₂분말 간의 네킹을 유도하여 더 높은 효율을 얻기 위하여 후처리 공정인 Cold press (CP) 공정을 적용하였다. 기존에 적용하였던 1.8 W의 레이저 세기로 제작된 광 전극층을 제작한 뒤, 후처리 공정인 CP를 진행하여 최대 2.4%의 향상된 효율 특성을 확인할 수 있었다. 추가적으로 TiO₂ 분말에 AgNW를 첨가하여 적층된 광 전극층에 CP를 진행하여 최대 3.3%의 효율을 달성하였다.
- 에너지 하베스팅 시스템 통합소자
동일한 유연 기판에 염료감응형 태양전지와 전기 변색 소자를 통합 제작 하였으며, 소자 내부에 회로를 적용함으로써 자가발전형 통합 소자를 개발하였다. 제논램프를 통해 태양전지를 구동 하였을 때, 발생된 약 1.4V의 전압으로 전기 변색 소자의 탈/변색이 가능함을 확인하였다. 추가적으로 -1.4/+0.6V의 외부 인가 전압에 의해 투과도 변화가 약 30% 가량 이루어지는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 본 연구에서는 최종 목표인 유연 기판 기반의 에너지 하베스팅 통합소자를 개발하였고, 이를 구동시키는데 성공하였다.

□ 연구결과의 활용계획
기존 전기 변색 소자의 경우, 일반적으로 유리 기판을 사용하는 경우가 대부분이고, 사용 분야가 건축물, 차량 등에 국한되어 있어 차량의 후방 유리나 곡면 창문을 보유하고 있는 건축물 등에는 적용될 수 없다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 유연 기판 기반의 전기 변색 소자를 제작하는데 성공하였으며, 기존 전기 변색 소자의 한계점을 극복할 수 있는 방법 중 하나가 될 수 있다. 또한 전기 변색 소자의 유연기판 적용이 가능함에 따라 외부 충격에 대한 내구성을 높이고, 저비용의 건식적층 방식을 이용함으로써 비용 절감을 통해 기술 상용화에 기여될 수 있다고 판단된다. 연구 성과를 바탕으로 에너지 통합 소자 내에 전기 변색 소자를 적용해 외부 전압의 공급 없이도 태양광을 에너지원으로 사용하는, 자가발전이 가능한 에너지 하베스팅 소자 제작의 성공을 통해 다양한 다기능 소자 구현이 가능할 것으로 예상된다.
(출처:요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
Electrochromic cell is the new energy saving technology to save cooling and heating energy consumed by blocking sunlight. It is possible to block specific wavelength at external applied voltage adapting in building window. In various electrochromic materials, PEDOT:PSS as poly

□ Purpose& contents
Electrochromic cell is the new energy saving technology to save cooling and heating energy consumed by blocking sunlight. It is possible to block specific wavelength at external applied voltage adapting in building window. In various electrochromic materials, PEDOT:PSS as polymer electrochromic materials has faster response speed and Antimony Tin Oxide (ATO) particle has long-term durability compared to other electrochrmoic materials. In this study, PEDOT:PSS and ATO particle were depositied on flexible substrate to fabricate electrochromic cell using spin coating and new dry deposition method, Nano Particle Deposition System (NPDS). Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) is the 3rd generation solar cell which acts as a power source of electrochromic cell. We have used NPDS to fabricate DSSC and EC cell on a flexible substrate for simple, low cost and room temperature process. TiO₂ photoelectrode was fabricated on the flexible substrate using NPDS An integrated energy harvesting system consisted of electrochromic cell and DSSC on flexible substrate, was fabricated to build a self-electrical generating integrated cell without requiring external electricity.

□ Result
- Results of fabricating a flexible electrochromic cell and its characterization
The deposition condition for ATO particle on the FTO glass substrate using NPDS was studied. When ATO was used as a single electrochromic layer deposited electrochromic cell, 35% of transmittance change was resulted. Without ion storage layer, low stability was observed. To solve the problem, Dimethyl sulfoxide (DMSO) doped PEDOT:PSS electrochromic layer and ATO ion storage layer were fabricated to replace former electrochromic cell. As a result, it shows 40% of maximum transmittance change at ± 1.5V, and its electrochromic stability is confirmed through the measurement of Cyclic Voltammetry and cycle test over 100 times.

- Results of fabricating a flexible DSSC and its characterization
TiO₂ particle which acts as a photoelectrode of DSSC was deposited on FTO glass using NPDS. We have achieved 7.3% of maximum efficiency on glass substrate. Based on this advance of research, Flexible DSSC was fabricated using Laser assisted NPDS (LaNPDS). When the TiO₂ particle was deposited, 1.8W of maximum laser power was used. As a result, 1.2% of Photovoltaic efficiency was achieved. In order to induce necking among TiO₂ particles, Cold Press (C.P) step was added. Fabricating TiO₂ photo electrode with 1.8W of laser power followed by Cold Press, its PV efficiency improved by 2.4%. Finally, TiO₂ photo electrode with AgNW was fabricated by NPDS to fabricate DSSC and its PV efficiency improved by 3.3%.

- Energy harvesting system and integrated cell
Integrated electrochromic cell with DSSC was fabricated on a flexible substrate. Each part was connected using internal circuit. DSSC operation under Xenon lamp, has confirmed the successful transmittance change of the fabricated electrochromic cell at 1.4 V. Moreover, about 30% of the transmittance change was confirmed. Therefore, internal circuit was successfully fabricated on flexible substrate to integrate DSSC and electrochromic cell to operate the integrated cell for energy harvesting application.

□ Expected Contribution
Previously, the glass substrate was used to fabricate electrochromic cell, limiting its uses to itsapplications to construction, vehicle and etc. so that its uses in rear window of vehicle with the curved glass, was restricted. In order to solve those problems, electrochromic cell was successsfully fabricated on the flexible substrate using room temperature deposition called NPDS. This flexible device improves durability from external impact and low-cost dry deposition method makes this technology to be commercialized with its cost reduction. Based on the results of this research, electrochromic cell operated by DSSC to build the integrated energy harvesting cell, showed self-generation performance without requiring external voltage. This energy harvesting system can be applied to various device applications.
(출처:SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 37
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 40
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 41
• 7. 참고문헌 ... 41
• 8. 연구성과 ... 43
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 53
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 53
• 11. 기타사항 ... 54
• 끝페이지 ... 54