표제지
국문초록
목차
제1장 서론 11
제2장 이론적 배경 14
2.1. 태양전지의 기초 이론 14
2.1.1. 광자(Photon) 14
2.1.2. 광전효과(Photo Electric Effect) 16
2.1.3. Air Mass(AM) 17
2.1.4. 태양전지의 전류-전압 곡선 특성 20
2.1.5. 태양전지의 곡선 인자와 변환 효율 23
2.2. 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell) 26
2.2.1. 염료감응형 태양전지의 개요 26
2.2.2. 염료감응형 태양전지의 구조 및 원리 27
2.2.3. 산화물 반도체 전극과 전해질의 계면 반응 30
2.2.4. 산화물 반도체 전극과 염료의 계면 반응 31
2.2.5. 산화물 반도체 전극과 투명 전극의 계면 33
제3장 실험 방법 및 측정 34
3.1. TiO₂ Passivating Layer 제작 34
3.1.1. Spin Coating법으로 TiO₂ 박막 제작 36
3.1.2. RF Magnetron Sputtering법으로 TiO₂ 박막 제작 38
3.1.3. E-Beam Evaporation법으로 TiO₂ 박막 제작 40
3.2. 염료감응형 태양전지 셀 제작 42
3.2.1. TiO₂ 광전극 제작 42
3.2.2. Pt 상대전극 제작 44
3.2.3. 염료감응형 태양전지 셀 조립 44
3.3. 특성 평가 46
3.3.1. TiO₂ Passivating Layer의 특성 평가 46
3.3.2. 염료감응형 태양전지의 효율 특성 평가 47
제4장 실험 결과 및 고찰 49
4.1. 염료감응형 태양전지의 특성 49
4.1.1. 스크린 프린팅 공정으로 제조된 TiO₂ 광전극의 특성 49
4.1.2. 염료감응형 태양전지 셀의 효율 분석 50
4.2. Spin Coating법으로 TiO₂ Passivating Layer 제조 53
4.2.1. Spin Coating법으로 제조된 TiO₂ 박막의 특성 53
4.2.2. 염료감응형 태양전지 셀의 효율 분석 59
4.3. RF Sputtering법으로 TiO₂ Passivating Layer 제조 62
4.3.1. RF Sputtering법으로 제조된 TiO₂ 박막의 특성 62
4.3.2. 염료감응형 태양전지 셀의 효율 분석 66
4.4. E-Beam Evaporation법으로 TiO₂ Passivating Layer 제조 67
4.4.1. E-Beam Evaporation법으로 제조된 TiO₂ 박막의 특성 68
4.4.2. 염료감응형 태양전지의 효율 특성 분석 74
제5장 결론 76
참고문헌 78
Abstract 84
표 3.1. Spin Coating 증착 조건 37
표 3.2. RF Magnetron Sputtering 증착 조건 39
표 3.3. E-Beam Evaporation 증착 조건 41
표 4.1. 염료감응형 태양전지의 특성 변수(Jsc, Voc, FF, Efficiency) 52
표 4.2. 염료감응형 태양전지의 특성 변수(Jsc, Voc, FF, Efficiency) 61
표 4.3. 염료감응형 태양전지의 특성 변수(Jsc, Voc, FF, Efficiency) 67
표 4.4. Passivating Layer 위에 코팅한 TiO₂ 광전극의 BET 특성 73
표 4.5. 염료감응형 태양전지의 특성 변수(Jsc, Voc, FF, Efficiency) 75
그림 2.1. 각 태양광 입사 각도에 따른 AM(air mass)의 값 19
그림 2.2. AM0의 스펙트럼과 AM1.5의 스펙트럼의 비교 19
그림 2.3. 태양전지의 전압-전류 곡선 22
그림 2.4. 태양전지 전류-전압 곡선에서의 단락전류 22
그림 2.5. 전압에 따른 태양전지의 출력전류와 전력곡선 23
그림 2.6. 염료감응형 태양전지의 구조 27
그림 2.7. 염료감응형 태양전지의 작동원리(DSSC based on the N3 dye) 28
그림 2.8. 전자 주입(Blue) 및 재결합 과정(Red) 29
그림 2.9. 반도체와 전해질 계면에서의 Energy Band 모형 30
그림 2.10. 반도체와 염료 계면에서의 Energy Band 및 전자전달 32
그림 3.1. TiO₂ Passivating Layer를 이용하여 제작된 염료감응형 태양전지의 구조 및 원리 35
그림 3.2. 졸겔 법을 이용하여 TiO₂ 졸의 제조 공정도 37
그림 3.3. RF Magnetron Sputter의 개략도 39
그림 3.4. E-Beam Evaporation의 시스템 개략도 41
그림 3.5. TiO₂ 광전극 제작 공정도 43
그림 3.6. TiO₂ 광전극의 사진과 SEM 사진 43
그림 3.7. 셀 조립 공정도 45
그림 3.8. 염료감응형 태양전지의 모식도 48
그림 4.1. 스크린프린팅공정으로 제작된 TiO₂ 광전극의 XRD 패턴 51
그림 4.2. 스크린프린팅공정으로 제작된 TiO₂ 광전극의 SEM image 51
그림 4.3. 스크린프린팅공정으로 제작된 TiO₂ 광전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 광전류-전압 곡선 52
그림 4.4. 0.1mol의 촉매농도로 제작된 TiO₂ 박막의 XRD 패턴 (● : Anatase, ■ : FTO, ▲ : Rutile) : (a) 500℃, (b) 550℃, (c) 600℃, (d) 650℃ 56
그림 4.5. 0.5mol의 촉매농도로 제작된 TiO₂ 박막의 XRD 패턴 (● : Anatase, ■ : FTO, ▲ : Rutile) : (a) 500℃, (b) 550℃, (c) 600℃, (d) 650℃ 56
그림 4.6. 스핀코팅법으로 제작된 TiO₂ 박막의 표면 SEM 사진 57
그림 4.7. 스핀코팅법으로 제작된 TiO₂ 박막의 측면 SEM 사진 58
그림 4.8. 스핀코팅법으로 제작된 TiO₂ 박막의 투과도 58
그림 4.9. 스핀코팅법으로 제작된 TiO₂ Passivating Layer를 이용한 염료감응형 태양전지 셀의 광전압-전류 곡선 60
그림 4.10. RF Sputtered TiO₂ 박막의 XRD 패턴 64
그림 4.11. RF Sputtered TiO₂ 박막의 SEM 사진 65
그림 4.12. RF Sputter 공정압력의 변화에 따른 TiO2 박막의 투과도 : (a) 3mTorr, (b) 5mTorr, (c) 10mTorr, (d) 15mTorr 65
그림 4.13. RF Sputter 공정압력의 변화에 따른 염료감응형 태양전지의 광전류-전압 특성 곡선 67
그림 4.14. E-Beam Evaporation으로 증착한 TiO₂ 박막의 XRD 70
그림 4.15. E-Beam Evaporation으로 증착한 TiO₂ 박막의 표면 SEM 사진 71
그림 4.16. E-Beam Evaporation으로 증착한 TiO₂ 박막의 SEM 측면 사진 72
그림 4.17. Dye 흡착된 TiO₂ 광전극의 흡광도 73
그림 4.18. 염료감응형 태양전지의 광전류-전압 특성 곡선 75