전기분사법을 이용한 플라스틱 염료감응 태양전지의 TiO2 전극 제조 : Fabrication of TiO2 Electrode for Plastic Dye-sensitized Solar Cells using Electrospray Method
- 주제(키워드) Flexible plastic dye-sensitized solar cell , low temperature , binder-free , electrospraying , TiO2 hierarchical sphere , compression treatment , 플라스틱 염료감응 태양전지 , 저온 , 바인더 free , 전기분사 , TiO2 hierarchical sphere , 기계적 압축법
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 8
- 학위명 석사
- 학과 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045239
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
초록/요약
In recent study, the lightweight and flexible plastic dye-sensitized solar cells (DSSCs) are attracting much attention for commercial applications because of low production cost. Various methods such as spin coating, electrophoretic deposition, compression of the TiO2 films, and microwave irradiation of the TiO2 films at 28 GHz have been invented to fabricate the flexible plastic DSSCs, including low temperature coating of the TiO2 nanoparticles. We introduced the electrospray technique to prepare the binder-free TiO2 electrodes at low temperature. TiO2 (P25, Degussa) solution, which is well dispersed in ethanol by bead milling was prepared directly onto the FTO/glass and ITO/PEN film substrate, respectively. Through this method, the TiO2 spheres were formed. It shows the TiO2 hierarchical spherical structure with average diameter of 780±30 nm size made up of the TiO2 nanoparticles with an average diameter of about 20-30 nm by FE-SEM and TEM images. In the preparation of the cell, drying temperature up to 150oC, which is a limiting temperature of plastic substrates (ITO/PEN film), is not enough to obtain strong connection between the TiO2 particles as well as the TiO2/substrate. As results, the overall conversion efficiency of the DSSC prepared by only drying method at 150oC for 10 min was low as 2.18 for FTO/glass and 2.35 % for ITO/PEN film. For enhancing particle's connection, the TiO2 sphere electrodes were hot-pressed and then dried at 150oC for 10 min. Through post treatment using the pressing method, the conversion efficiency was increased up to nearly 60-55 % compared to the pristine TiO2 electrodes (6.25% for FTO/glass and 5.22 % for ITO/EPN film). This result shows that the TiO2 particles were strongly connected each other by pressing method, especially hot-pressing of 140oC. Moreover by optimizing regarding the TiO2 thickness, the higher conversion efficiencies of DSSC were attained up to 7.37 and 6.42 % for FTO/glass and ITO/PEN film, respectively. Also, we achieved efficiency of 5.18% for all flexible substrates (working and counter electrode).
more초록/요약
플라스틱 염료감응 태양전지는 roll-to-roll 공정이 가능하여 저가로 상업적 적용이 가능하다는 장점 때문에 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. 저온의 플라스틱 태양전지 TiO2 전극을 제조하기 위해 화학적 소결법, 전기 영동법, 압축법 및 마이크로 파 조사 등 다양한 방법이 시도되었다. 본 연구에서는 전기분사법을 도입하여 쉽고 간단한 방법으로 binder-free한 TiO2 전극을 제조하였다. Bead milling을 통해 응집되어 있던 TiO2 입자를 에탄올 용매에 잘 분산시킨 후, 이 TiO2 용액을 이용하여 유리 또는 폴리머 기판에 바로 코팅하였다. 이 방법으로부터 20-30 nm 입자들이 뭉쳐 780±30 nm 정도의 직경을 가진 커다란 구 형태의 hierarchical 구조를 만들었고, 이러한 TiO2 sphere에 대한 morphology는 FE-SEM과 TEM을 통해 확인할 수 있었다. 그러나 이러한 TiO2 sphere 전극으로 구성된 태양전지는 광전류-전압 특성에서 FTO/glass 기판에 대해 2.18% 그리고 ITO/PEN film 기판에 대해 2.35%로 다소 낮은 결과를 보였다. 우리는 태양전지 성능을 향상시키기 위해 compression과 같은 기계적인 압력 처리를 통해 광전류-전압 특성과 전체 효율을 비교하고 IPCE, UV-Vis spectroscopy, BET, BJH를 측정하여 TiO2 내에 흡착된 염료의 농도와 에너지변환 효율에 대한 특성을 연구하였다. 이러한 연구를 통해 압력 처리 후, 비표면적과 공극률에서 약간의 감소를 보이긴 하였지만, TiO2와 기판뿐 아니라 TiO2간의 interparticle connectivity의 증가에 기인하여 광전류에서 상당한 증가를 보였다. 이는 염료 흡착량의 증가와도 비슷한 경향을 보였다. 또한 전기분사법을 통해 제조된 TiO2 sphere 전극의 두께에 따른 광전류-전압 특성을 통해 최적화를 시도를 통해 FTO/glass에 대해 7.37%와 ITO/PEN film에 대해 6.42%의 높은 효율을 달성하였고, 상대전극 역시 플라스틱 기판을 이용한 플랙서블 태양전지의 경우 5.18%의 효율을 얻을 수 있었다.
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