표제지
국문초록
목차
제1장 서론 11
제2장 이론적 배경 13
2.1. 태양전지 이론 13
2.1.1. 태양광 발전 개요 13
2.1.2. 광전효과 (Photo Electric effect) 16
2.2. 염료감응형 태양전지(Dye sensitized solar cells) 18
2.2.1. 염료감응형 태양전지의 개요 18
2.2.2. 염료감응형 태양전지의 원리 20
2.2.3. 염료감응형 태양전지의 구성 23
2.2.4. 염료 감응형 태양전지의 특성평가 30
2.3. TiO₂ 나노튜브 34
2.4. 졸-겔(Sol-Gel) 법 35
2.5. 수열합성(Hydrothermal) 법 36
제3장 실험 방법 37
3.1. TiO₂ 분말합성 37
3.1.1. 졸-겔법을 이용한 다공성 TiO₂ 나노입자 제조 37
3.1.2. 수열합성법을 이용한 TiO₂ 나노튜브 제조 39
3.2. 염료감응형 태양전지 제작 41
3.2.1. TiO₂ 나노입자 및 나노튜브를 이용한 전극 제조 41
3.2.2. Pt 상대전극 제작 42
3.2.3. 염료감응형 태양전지 셀 조립 43
3.3. TiO₂ Passivating Layer 제작 44
3.4. TiO₂ 나노튜브를 이용한 Scattering Layer 제조 47
3.5. 특성 및 효율 분석 48
제4장 결과 및 고찰 51
4.1. TiO₂ 나노입자(TNP) 및 나노튜브(TNT)의 특성 분석 51
4.2. 광전극의 특성 분석 및 DSSCs 효율 측정 54
4.2.1. TNP 및 TNT를 이용한 광전극의 특성 및 효율 변화 54
4.2.2. RF Sputtering 법으로 제작된 Passivating Layer의 영향 62
4.2.3. TNT를 이용한 산란층의 영향 68
제5장 결론 70
참고문헌 72
Abstract 76
표 2.1. TiO₂ 아나타제 및 루타일상의 물리적 특성 비교 29
표 3.1. RF Magnetron Sputtering 증착 조건 (1) 46
표 3.2. RF Magnetron Sputtering 증착 조건 (2) 46
표 4.1. 염료감응형 태양전지의 특성 변수 (1) (Jsc, Voc, FF, Efficiency) 56
표 4.2. 염료감응형 태양전지의 특성 변수 (2) (Jsc, Voc, FF, Efficiency) 60
표 4.3. 염료감응형 태양전지의 특성 변수 (3) (Jsc, Voc, FF, Efficiency) 61
표 4.4. 염료감응형 태양전지의 특성 변수 (4) (Jsc, Voc, FF, Efficiency) 66
표 4.5. 염료감응형 태양전지의 특성 변수 (5) (Jsc, Voc, FF, Efficiency) 67
표 4.6. 염료감응형 태양전지의 특성 변수 (6) (Jsc, Voc, FF, Efficiency) 69
그림 2.1. 광흡수 소재와 형상에 따른 태양전지 기술 분류 14
그림 2.2. 태양전지의 기본구조 15
그림 2.3. 염료감응형 태양전지의 구조 20
그림 2.4. 염료감응형 태양전지의 작동 원리 21
그림 2.5. N719 루테늄계 염료의 화학적 구조 24
그림 2.6. 다양한 n-type 광촉매 재료의 Band Gap 위치 26
그림 2.7. TiO₂의 3가지 결정구조 28
그림 2.8. TiO₂ 대표적 결정구조 28
그림 2.9. 태양전지의 Current - vol.age 특성 곡선 32
그림 2.10. 각 태양광 입사 각도에 따른 AM(air mass)의 값 33
그림 3.1. 졸-겔 법을 이용한 다공성 TiO₂ 나노입자 제조 38
그림 3.2. 수열합성법을 이용한 TiO₂ 나노튜브 제조 40
그림 3.3. 염료감응형 태양전지 셀 조립 공정도 43
그림 3.4. TiO₂ Passivating layer를 이용한 태양전지의 원리 44
그림 3.5. RF Magnetron Sputter의 개략도 45
그림 3.6. 광산란층을 적용한 염료감응형 태양전지의 구조 47
그림 4.1. 졸-겔법으로 제조한 TiO₂ 나노입자의 XRD 패턴 52
그림 4.2. 서로 다른 온도의 수열합성법으로 제조된 TiO₂ 나노튜브의 XRD 패턴 53
그림 4.3. 졸-겔 및 수열합성법으로 제작된 TiO₂ 나노입자/나노튜브의 FE-SEM image 53
그림 4.4. TiO₂ 광전극 구조 측면 FE-SEM image 54
그림 4.5. TiO₂ 나노입자 및 다양한 열수온도로 제작된 염료감응형 태양전지의 광전류-전압 곡선 55
그림 4.6. TNP / TNT의 복합 광전극의 FE-SEM image 57
그림 4.7. TNP / TNT(150 ℃) 비율에 따른 복합 광전극의 N719 염료에 대한 흡광도 57
그림 4.8. TNP / TNT 복합광전극의 양자효율 58
그림 4.9. TNP / 서로다른 열수 온도로 제조된 TNP 복합 광전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 광전류-전압곡선 59
그림 4.10. TNP / TNT(150 ℃)의 비율에 따른 복합 광전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 광전류-전압곡선 61
그림 4.11. RF Sputterd TiO₂ 박막의 XRD 패턴 64
그림 4.12. RF sputter TiO₂ Passivating layer 박막의 FE-SEM image 64
그림 4.13. RF sputter의 Power에 따른 TiO₂ Passivating layer 박막의 투과도 65
그림 4.14. RF sputter의 기판온도의 따른 TiO₂ Passivating layer 박막의 투과도 65
그림 4.15. RF sputter power 변화에 따른 염료감응형 태양전지의 광전류-전압 특성곡선 66
그림 4.16. RF sputter 기판온도의 변화에 따른 염료감응형 태양전지의 광전류-전압 특성곡선 67
그림 4.17. TNT 광산란층을 적용한 염료감응형 태양전지의 광전류-전압곡선 69