DYE SENSITIZED SOLAR CELL

Dye sensitized Solar cell 조장 : 이경수 오영진, 윤기현, 정재영 김민규, 백난희, 박은지 Members

Flexible DSSC 구조설계 공정설계 DYE SENSITIZED SOLAR CELL 염료감응 태양전지 Theme 재료 설계 태양전지 - 대체에너지 필요성 - 동작원리 / 종류 - 동작원리 - Flexible DSSC - 설계 과제 - 기판 - 전해질 - 염료 - 기본구조 - 이중구조 - 가압프레스 공정 - 광결정 TiO 2 공정 - Flexible DSSC 공정 Conclusion - Summary - Application - Reference

태양전지 ⅠⅡⅢⅤⅣ 대체에너지의 필요성 현재 사용중인 에너지원의 대부분이 화석연료 화석연료 매장량의 한계 2040 년 이후에는 석유 생 산량의 감소 예상 한정된 석유에너지

태양전지 ⅠⅡⅢⅣ 대체에너지의 필요성 화석연료의 사용으로 대기 오염의 증가 대기중의 co 2 로 인한 지구 온난화 / 환경오 염 문제 발생 대기오염 / 지구 온난화 지구 면적의 1% 지역 에서 10% 효율로만 사용되어도 현재 인 류가 필요한 에너지 의 2 배이상 공급 가 능 !! 새로운 대체 에너지가 필요 !! 태양에너지 ! Ⅴ

태양전지 ⅠⅡⅢⅣ 동작원리 태양에너지 흡수 전자들이 원자핵으로부터 자유로운 상태 전자 - 정공 쌍 생성 전자 - 정공 쌍의 PN 접합 으로 이동 전류의 발생 Ⅴ

태양전지 ⅠⅡⅢⅣ 종류 Ⅴ

태양전지 ⅠⅡⅢⅣ 단결정 다결정비정질 화합물 ( 결정 ) 화합물 ( 박막 ) 염료감응 19% 18% 10% 20% 15% 8% 효율 비교 Ⅴ

Solar Cell ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ DSSC 선정 기존 실리콘 태양전지의 1/5 수준의 제조단가 효율향상의 발전 가능성 유독성이 낮음

Solar Cell ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ DSSC 선정 다양한 방면으로 활용 가능성

염료감응 태양전지 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ D S S ye ensitized olar C ell

ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 동작원리 태양에너지의 흡수로 염료부분에서 전자 - 정 공 쌍 생성 전자의 투명 전도성 막으로 이동으로 인한 전류의 생성 전해질에 의한 홀의 환원과정

염료감응 태양전지 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ Flexible DSSC

염료감응 태양전지 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 장점 Roll-to-Roll 제조공정 Flexible DSSC 필요성 증가 - 대량 생산 용이, 가격 경쟁력 높음 Flexible DSSC

염료감응 태양전지 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 단점 고분자 전도성 기판 사용 저온의 박막 공정이 필요 유리 기판에 비해 낮은 효율 전기적 접촉 / 기판과의 부착력 문제 장점 Flexible DSSC

염료감응 태양전지 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 설계 과제 Flexible DSSC ITO 기판 → 필름형 기판 기계적 강도 강화 액체형 전해질 → 다층형 전해질 효율 향상 새로운 염료 사용 TiO2 구조 변화 이중전극 구조젆 저온의 박막 공정 필요 가압프레스 공정

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 기판 유리 기판필름형 기판 PET / ITO 기판 사용 → Polyethylene Terephthalate(PET) 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 막을 형성시킨 것으로 200 ℃ 정도의 내열성을 갖는 PET 는 플렉시블한 기판이 주는 장점을 가장 잘 발휘할 수 있는 기판재료로 인식 → 4.1~4.3% 최대 변환 효율

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 전해질 액체형 I ⁻ /I3 ⁻와 같이 산화 - 환원 종으로 구성 전극간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제 - 기계적 강도가 약함

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 전해질 전기적 특성과 유연성 등의 물성이 뛰어나다 낮은 에너지변환 효율 - 높은 결정화도, 이온전도도 저하 고체형액체형

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 전해질 Gel 형 열적안정성, 비휘발성, 높은 이온전도도 불규칙한 구조, 금속 산화물층과 염료에 대한 접착력이 부족 최대 7~8% 의 에너지 변환 효율 전자의 이동통로를 방해, 전도성 저하 액체형고체형

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 전해질 액체형 고체형 Gel 형 다층의 전해질 ( 액체 + 고체 +Gel)

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 전해질 유리기판 촉매박막 전도성기판 고체형전해질 Gel 형전해질 액체형전해질 전도성기판 유리기판

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 염료

재료 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 염료 N719 → 기존 염료보다 높은 변환 효율 유기 겔형 전해질에서의 실험 Z910

구조 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 일반구조 입사 에너지의 전기에 너지 변환 효율이 낮음 0.6~1.0V 의 전압 전자제품의 최소 요구 전압 → 1.5V

구조 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 이중구조 제 1 전극 염료 / 전해질 전도성 기판 Pt 유리기판 Pt 전도성기판 입사된 빛의 전기 에너 지 변환 과정 반복 → 단위 면적당 전기 생산 효율 향상 창문이나 울타리, 장벽 등으로 이용 가능 1 전극 +2 전극 2 전극

공정 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 가압프레스 공정 1,000kg/cm 2 의 압력에서 프레스 (press) → TiO2 나노입자간의 전기적 접합 Batch 식 연속식

공정 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ 광결정 TiO 2 구조 공정 일반적인 TiO 2 내부입자는 무질서하게 배열 규칙적인 배열을 통한 광결정 구조 형성 → 특정 파장의 빛을 선택적 흡수를 통한 효율 향상 구슬처럼 생긴 고분자 물질을 규칙적으로 배열 그 사이사이의 공간을 TiO 2 로 채운다. 고분자 물질을 제거 광결정 구조 형성

공정 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ Flexible DSSC 공정 제 2 전극 제 1 전극 광흡수층 형성 세퍼레이터 형성 제 2 전극 접합 전해질 주입 이중 구조 DSSC 전해질 세퍼레이터 광흡수층 1 전극 +2 전극

공정 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ Flexible DSSC 공정 제 2 전극 제 1 전극 1 전극 +2 전극 전해질 세퍼레이터 광흡수층 1 전극 제조 PET/ITO 기판에 TiO 2 도전층 형성 → 1 전극 형성 광결정 TiO 2 구조의 다공성 막을 1 전극 위에 도포 가압 프레스 공정을 통한 반도체 접합이 잘 되도록 한다. 광흡수층 형성 다공성막 위에 Z-910 염료 흡착 에탄올로 세척 후 12 시간 건조 → 광흡수층 형성 세퍼레이터 형성 광흡수층 위에 폴리에틸렌 다공성 세퍼레이터 위치 광흡수층 눌림 방지 전해질 함침 공간 제공 2 전극 제조 PET/ITO 기판에 TiO 2, 백금 촉매 전극을 차례로 형성 → 제 2 전극 형성 2 전극 촉매 박막 위에 고체형 전해질 부착 이중구조 제작 앞의 과정의 반복을 통한 전극을 한 쌍 더 제조 1 전극의 다공성막이 2 전극에 대향하도록 배치한후 접합 전해질 주입 2 전극의 홀을 통한 액체형 전해질 주입 →1 전해질층 형성 Gel 형 전해질 주입으로 2 전해질층 형성 열가소성 수지를 이용해 홀을 막음 이중구조 DSSC 제작

공정 설계 ⅠⅡⅢⅣ Ⅴ Flexible DSSC 공정

Conclusion Summary DSSC Flexible 하기 위한 필름형 기판 사용 Flexible DSSC 이중구조, 광결정 구조 다층 전해질 구조를 통한 기계적 강도 향상 가압프레스 공정을 통한 흡착력 향상 효율 향상 / 실생활에 응용 가능

Conclusion Application 건물일체형 태양광 발전 (Building Integrated Photo Voltaic) 태양광 모듈을 건축 자재화 외벽재, 지붕재, 창호재 등 으로 활용 별도의 설치 공간 불필요 환경 친화적, 에너지 효율 적인 건축물

Conclusion Application 다양한 색깔의 염료 → 디자인 요소로 활용 광고 효과와 에너지 생산의 동시 효과

Conclusion Reference 고효율 염료감응 태양전지 기술, 고민재 박남규, 공업화학전망, 제 11 권 제 6 호 (2008) 고효율 태양전지의 연구개발 동향, 이일형 강상규 최붕기 이수홍, 공업화학전망 제 9 권 제 6 호 (2006) 고분자 전해질을 이용한 염료감응 태양전지, 이용건 차국헌 강용수, 고분자과학과 기술 제 17 권 4 호 (2006.8) 박막 실리콘 태양전지 기술 동향, 이정철 윤경훈, 세라미스트 제 8 권 제 5 호 박막형 태양광전지의 기술개발 현황과 미래, 박진후 설지윤, 화학 공학 제 42 권 제 3 호 (2004.6) 수직 적층형 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법, 출원번호 , 한국전자통신연구원 염료감응 나노결정 태양전지, 박남규, 전기전자재료 제 18 권 제 1 호 (2005.1) 이중층 구조의 전극을 사용한 염료감응태양전지제조, 김참 김기수 김호영 한윤수, 응용화학 제 12 권 제 1 호 (2008) 염료감응 태양전지 기술개발 동향, 박남규, 태양에너지 제 4 권 제 2 호 염료감응 태양전지 기술, 박남규 김경곤 고민재, 전기전자재료 제 21 권 제 7 호 (2008.7) 염료감응 태양전지 기술과 전망, 박남규 이종호, 세라미스트 제 8 권 제 5 호 ( ) 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법, 출원번호 , 삼성에스디아이 주식회사 염료감응 태양전지용 고효율 염료 개발, 고재중 이종찬, 고분자과학 과 기술 제 17 권 4 호 (2006.8) 염료감응 태양전지용 전해질, 이를 포함하는 염료감응태양전지, 및 이의 제조방법, 출원번호 , 삼성에스디아이 주 식회사 염료감응 태양전지의 반도체 전극재료, 신유주, 고분자과학과 기술 제 17 권 4 호 (2006.8) 염료감응형 태양 전지 및 전해질 형성방법 그리고 겔형전해질, 출원 번호 , 전북대학교산학협력단 염료계 태양전지, 김영기, 섬유기술과 산업 제 12 권 3 호 (2008) 이중구조의 염료감응 태양전지, 출원번호 , ( 주 ) 우리솔라 태양전지, 홍성철 이수형, 고분자과학과 기술 제 17 권 4 호 (2006.8) 태양전지 기술 현황 및 전망, 윤경훈, 설비저널 제 33 권 제 10 호 ( ) 특허분석에 의한 염료감응 태양전지 기술동향, 전명석 금영섭 강경 석, 한국태양에너지학회 학술대회논문집 플렉시블 디스플레이의 발전과 전망, 문대규 한정인 김영훈, 전기전 자재료 제 18 권 제 5 호 (2005.5) 플렉시블 염료감응 태양전지 기술, 강만구 김종대, 전기전자재료 제 19 권 제 7 호 (2006.7) 필름형 염료감응 태양전지의 개발 동향, 곽동주 이장춘, 조명ㆍ전기 설비학회지 제 22 권 제 4 호 (2008.8) TiO2 전극의 구조 특성이 염료감응형 태양전지의 효율에 미치는 영 향, 황경준 유승준 노성희 김선일 이재욱, 응용화학 제 11 권 제 2 호 (2007)

Q & A

THE END 감사합니다