서강대학교

초록/요약

염료감응형 태양전지(Dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 1991년 스위스 로잔공대(EPFL)의 미카엘 그라첼(Michael Grazel) 그룹이 제시한 에너지 변환 장치로서 저렴한 생산 단가 및 친환경적 특성으로 차세대 에너지 소자로 주목받고 있다.[1] 특히, 염료감응형 태양전지의 효율 개선을 위한 광전극의 구조 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 현재까지 가장 고효율이며 널리 사용되고 있는 전극 구조는 나노입자형으로 20 - 30 nm 수준의 나노 입자들이 무작위하게 뭉쳐진 형태이다. 나노입자형 상용전극은 큰 비표면적을 가진다는 장점이 있지만, 무질서한 전자이동경로로 인해 전자 수집 능력(collection efficiency, ηcol)이 떨어진다는 단점도 보인다.[2-3] 이러한 단점을 극복하고자 최근 역전오팔형, 나노막대형, 나도튜브형과 같은 규칙적 배열의 전극 구조가 제시되고 있다.[4-7] 그러나 규칙적 배열 구조 전극 또한 나노입자형 상용전극에 대비 현저히 작은 비표면적으로 그 활용에 제한을 보인다. 특히, 역전오팔형 전극 기공 크기가 수 백 나노 수준으로 나노입자형 전극 대비 1/10 수준의 비표면적을 보인다.[8] 본 연구에서는 기존의 매크로 기공 역전오팔 전극이 갖는 비표면적 한계를 개선시키기 위해 100 nm 이하의 메조스케일 3차원 다공성 구조 필름을 제안하였다. 상기 구조 제작을 위하여 plate-sliding 코팅 방법을 이용하여 메조스케일 고분자 콜로이드 필름을 제작하였고, 이를 템플릿으로 하여 메조스케일 기공의 3차원 다공성 필름을 제작했다. 고분자 콜로이드 필름 제작을 위하여 100nm 이하의 폴리스타이렌을 사용했고, 원자단 증착법(atomic layer deposition, ALD)을 이용하여 메조스케일 기공을 갖는 다공성 산화물 필름을 제작이 가능했다.[9-11] 상기 구조의 특성 분석을 위하여 SEM(scanning electron microscopy), TEM(transmission electron microscopy), transmittance, diffuse reflectance, electron transit time, recombination lifetime, raman 분석을 실시했다. 또한, 제작한 필름을 염료감응형 태양전지의 광전극에 적용함으로써 메조 스케일 다공성 구조의 활용 가능성을 제시하였고, 제작한 전지의 광-전기적 특성 분석을 실시함으로써 우수함을 증명하였다.