N-type 버퍼층으로 TiO2를 사용한 페로브스카이트 태양전지의 제작 및 광전기화학 물 분해 반응 시스템으로의 응용에 관한 연구
Fabrication of Perovskite Solar Cells Having High Efficiency and Stability Using TiO2 as N-type Buffer Layer and its Application to a Solar Water Splitting System
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000060039
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
전 세계적으로 지구 온난화가 심화됨에 따라 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 그린 에너지 기술이 요구되고 있다. 그중에서도 반도체 물질, 빛, 전기에너지를 이용하여 물을 분해시켜 수소를 생성하거나 CO2를 유기화합물로 전환시킬 수 있는 광전기화학 셀 (PEC Cell)은 환경 문제를 해결하기 위한 대안 책 중 하나로 각광받고 있다. 1972년에 TiO2를 광전기화학 셀 (PEC Cell)로 사용한 연구가 Fujishima와 Honda에 의해 처음 보고 된 후 많은 연구가 진행되어왔으나, 밴드갭이 넓어 (3.2eV) 자외선 영역만을 이용할 수 있다는 단점으로 인해 많은 제약을 받아왔다. 이를 해결하고자 전이 금속 도핑으로 흡광영역을 늘려주거나, 전촉매 사용, 모폴로지 개질 등이 연구되었다. 또한 TiO2를 대체하고자 밴드갭이 좁은 WO3, Fe2O3 등의 반도체를 이용한 연구도 진행되었다. 최근에는 두 개의 광전극을 사용한 Z-scheme system, 태양전지 (PV)를 적용한 PV-PEC system 등이 보고되기도 했다. 본 연구에서는 두 개의 광전극을 사용한 Z-scheme system과 태양전지를 적용한 PV-PEC system을 이용하여 외부 전압 인가 없이 빛 에너지만으로 물을 분해하여 수소를 생성시킬 수 있는 반응 시스템을 구축하였다. Z-scheme system에서 사용한 물질은 Photoanode에선 N-type 반도체인 TiO2를 사용하였으며 Photocathode로는 P-type 반도체인 InP에 전촉매인 Pt를 코팅하여 사용하였다. Solar Cell-PEC system에선 Photoanode로 TiO2에 전촉매인 IrO2를 코팅하여 사용하였으며 Cathode로는 Pt을, 전기 에너지 공급원으로는 페로브스카이트 태양전지와 유기 태양전지를 적용하여 그 특성 차이를 비교 분석하였다.
more초록/요약
As global warming intensifies worldwide, new green energy technologies able to substitute the traditional fossil fuels are required. Among them, a photoelectrochemical cell (PEC) that can decompose water into hydrogen and convert CO2 into organic compounds utilizing a semiconductor, light, and electric energy represents one of the potential alternatives to solve such environmental issues. The PEC technology using TiO2 has been studied since 1972, when Fujishma and Honda first described its various advantages such as low cost, high chemical stability and low toxicity. However, the use of TiO2 is limited by its large band gap (3.2eV) that can only absorb in the UV region. Many methods have been developed to increase its absorption wavelength range, such as transition metal doping, the use of electro-catalysts and morphology modification. The researches for substituting TiO2 have also been performed such as using WO3, Fe2O3 having low hand gap. Recently, different approaches have been proposed to improve the performance of the PEC cell, such as a Z-scheme system combining two photoelectrodes and a PV-PEC system applying photovoltaics (PV). In this study, the Z-scheme system combining two photoelectrodes, the PV-PEC system applying photovoltaics (PV) was applied to realize solar water splitting system only using light energy without external electrical bias. In the Z-scheme system, n-type TiO2 semiconductor, p-type InP semicondutor coated with platinum electro-catalyst was used as photoanode, photocathode, respectively. In the PV-PEC system, TiO2 coated with IrO2 electro-catalyst, Pt was used as photoanode, cathode, respectively An organic solar cell (OPV), a perovskite solar cell was applied as electrical energy source and analyzed the differences in its characteristics.
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