액체 이산화탄소를 이용한 광전지장치용 금속칼코젠 광흡수 물질 증착
Metal Chalcogenide Deposition as Lights Absorber for Photovoltaic Devices using Liquid Carbon Dioxide
- 주제(키워드) 양자점 감응형 태양전지 , 고압이산화탄소증착
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 유기풍
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046832
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Metal chalcogenide nanocrystals, called quantum dot, such as CdS, CdSe, CdTe, PbS and PbSe serve as sensitizer of light absorber due to generate exiton by absorbing light. The metal chalcogenides were deposited using liquid carbon dioxide onto mesoporous TiO2 substrate and ITO free-standing nanorod substrate. The liquid CO2 soluble β-diketone (M-hexafluoro acetyl acetonte) organo metallic precursors were absorbed onto mesoporous film with TiO2 nanocrystal. The metal chacogenide can be formed inside of pores by reaction with the absorbed precursors and hydrogen sulfide gas. The compositional, structural and optoelectric characteristics properties of metal chacogenides as a quantum dot were analyzed. Low surface tension and viscosity of the liquid carbon dioxide leads uniform distribuition of quantum dot over cross sectfion of mesoporous TiO2 films. Prepared quatum dot sensitized TiO2 films fabricated to quantum dot sensitized solar cells (QDSSC) for estimation of photovoltaic performance with liquid CO2 preapared quantum dot. Zinc sulfide was employed to decrease of charge recombination inside of QDSSC as a passivation layer and polysulfide liquid electrolytes was used preventing corrosion of QDs instead of iodide/triiodide electrolyte. As increasing number of coating cycles, absorption spectra of quatum dot sensitized TiO2 films were getting wider due to size of QDs were getting bigger. The TiO2 films with 10 times CdS coating can utilize more lights for charge generation. These treatments led to increase of power conversion efficiency from 0.42% to 1.20% under the standard illumination (AM 1.5G and 100mW/cm2). The deposition mthod of CdS was applied free standing nanorod substrates for bulk hetero junction solar cells. Thin CdS layer were deposited onto surface of nano rod under identical conditions. Thickness of CdS layer can be controlled by number of coating cycles. The thicker CdS layer led shifting UV absorption spectra to red direction. The structural and compositional characteristics of CdS coated ITO rod were analyzed.
more초록/요약
양자점이라 불리는 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe 와 같은 금속 칼코젠 나노 결정은 빛을 흡수하여 분리된 전자와 홀을 생성 할 수 있기 때문에 태양전지의 광 흡수층으로 사용될 수 있다. 액체 이산화탄소를 이용해 미세 기공을 갖는 TiO2 기판과 free-standing나노 기둥 기판위에 금속 칼코젠 화합물을 증착하였다. 액체 이산화탄소에 용해 가능한 β-다이케톤 (헥스플로로 아세틸아세토네이트) 유기 금속 전구체를 미세 기공을 갖는 TiO2 나노 결정으로 이루어진 박막에 흡착시켰다. 미세 기공 내부에서 황화수소 기체와 반응하여 금속 칼코젠 화합물이 형성하였다. 증착된 금속 칼코젠 화합물의 구조 및 성분, 광학적 특성을 분석하였다. 액체 이산화탄소의 낮은 표면 장력과 점도에 의해서 미세 기공을 갖는 TiO2 박막의 단면 전체에 균일하게 양자점을 분포 시킬 수 있었다. 양자점이 증착 된 TiO2 박막은 양자점 감응형 태양전지(QDSSC)로 제작해 액체 이산화탄소로 증착 된 양자점의 광전지적 성능을 평가하였다. QDSSC 내부에서 전하의 재결합을 감소시키기 위해 ZnS를 도입하였고, iodide/triiodide 전해질에 의한 양자점의 부식을 방지하기 위해 polysulfide 전해질을 이용하였다. 증착 공정의 횟수가 증가할수록 양자점의 크기가 증가함에 따라 양자점이 증착된 TiO2박막의 흡광도 스펙트럼의 흡광 영역이 확장 되었다. 10회 CdS가 증착된 TiO2 박막은 보다 많은 영역의 빛을 활용하여 전하를 생성 할 수 있었다. 이러한 처리를 통해 에너지 전환 효율이 표준 광원에서(AM1.5G, 100W/m2) 0.42%에서 1.20%로 증가 되었다. 액체 이산화탄소를 이용한 증착 방법은 벌크헤테로 정션 태양전지에도 적용하기 위해 free-standing 나노 기둥 기판에도 도입되었다. 동일한 증착 조건에서 나노 기둥의 표면위에 CdS가 박막 형태로 증착 할 수 있었다. 증착 공정의 횟수를 증가 시킬수록 CdS 박막의 두께는 증가 되었으며, CdS의 박막이 두꺼워 질수록 흡광 영역이 적색 방향으로 확장되었다. 또한 구조 및 성분 분석이 수행되었다.
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