염료 감응형 태양전지 제조 Dye-sensitized solar cell manufacturing

목차 Table of Contents

DSSC 원리 (Dye-Sensitized Solar Cell) 목차 실험목적 태양전지의 필요성 DSSC 원리 (Dye-Sensitized Solar Cell) 실험방법 결과&결론

목적 Purpose

산화티탄(TiO2) 의 두께가 두꺼워질수록 실험 목적 산화티탄(TiO2)의 두께에 따른 DSSC의 효율 측정 산화티탄(TiO2) 의 두께가 두꺼워질수록 DSSC의 효율도 증가할 것이라 예측 DSSC의 효율 증가 예측 : 미리 헤아려 짐작함. 산화티탄(TiO2) 두께 조절 3겹까지 실험했지만 윤경이랑 상의해 보아야 함. 4겹까지 할지 아닐지….

필요성 Necessity, need

필요성 화석연료의 사용에 따른 대기오염과 지구 온난화 현상 등 환경문제가 대두 산업혁명 이후 200여년간 석탄, 석유등 화석연료를 사용 -> CO2를 비롯한 온실가스 대기중으로 다량방출 -> 온실가스가 대기중에 계속 누적되어 지구온난화 가속, 지난 백년간 지구 평균기온 0.6도 상승 -> 지구온난화로 남극과 북극의 빙하가 녹고 해양온도 하강 해류의 이상발생 -> 해류이상은 대기와 기상의 이변을 야기 [기상이변으로 인해 예상되는 피해들 1.식량난 가중 2.수자원고갈 3.인간건강 및 환경에 악영향 4.토지 사막화 5.가뭄,홍수 등의 피해증가] <<원래 그림에 있던 내용임>> 화석연료의 사용에 따른 대기오염과 지구 온난화 현상 등 환경문제가 대두

태양 에너지는 지구상의 1%의 면적, 10%의 효율로 이용 = 현재 인류가 필요한 에너지의 2배 이상 공급 가능 필요성 태양 에너지는 지구상의 1%의 면적, 10%의 효율로 이용 = 현재 인류가 필요한 에너지의 2배 이상 공급 가능 태양에너지의 효율이 우리가 사용하고있는 자원 에너지보다 효율이 좋다는 뜻인 것 같은데 잘모르겠음.

필요성 요즘 일반적인 석탄,석유 같은 1차에너지의 고갈과 환경오염등으로 친환경에너지에 대한 관심이 많아지고 있는 것이 사실입니다.  그 중에서 친환경에너지라 하면 태양광을 이용한 태양에너지라던지 바람을 이용한 풍력에너지, 등을 들 수 있겠는데요 태양에너지의 경우 이전부터 많은 사람들이 관심을 가져왔던 에너지입니다.  태양에너지는 태양으로부터 나오는 열과 빛 형태의 복사에너지를 말하며 지구에 들어오는 태양에너지량은 세계에서 사용하는 에너지 총 소비량을 크게 넘어설 정도로 막대한 양입니다. < 태양에너지가 86,000TW로 세계 에너지 총 소비량을 크게 넘기고 있는 것을 볼 수 있다 > 태양에너지는 태양으로부터 나오는 열과 빛 형태의 복사에너지를 말하며 지구에 들어오는 태양에너지량은 세계에서 사용하는 에너지 총 소비량을 크게 넘어설 정도로 막대한 양이다

DSSC 원리 DSSC(Dye-Sensitized Solar Cell) Principle

DSSC 높은 에너지 변환 효율 매우 저렴한 제조단가 구성 재료의 풍부한 공급 환경오염에 대한 낮은 잠재성 실험실 수준에서 얻어진 염료 감응형 태양전지의 변환효율은 비정질 실리콘과 동등한 수준 매우 저렴한 제조단가 실리콘 태양전지의 1/5 수준 구성 재료의 풍부한 공급 이산화 티타늄과 같은 산화물 반도체, 염료, 요오드 등은 풍부하게 사용 가능 환경오염에 대한 낮은 잠재성 염료 감응형 태양전지에 사용되는 이산화 티타늄, 염료, 요오드는 무독성 단지 전해질에 사용되는 유기 용매들은 잠재적으로 해가 될 수 있음 비정질, 비결정성 고체(Amorphous solid) 또는 무정형 고체는 원자들의 위치에 장거리 질서가 존재하지 않는 고체를 뜻한다. 액체와 고체의 중간적인 형태를 띠고 있다. (비결정성 고체에 속하지 않는 고체를 결정질이라 한다.) 많은 수의 고체가 비결정성 고체인데, 가장 흔한 예로 유리창을 들 수 있고, 폴리스틸렌 등의 중합체와 솜사탕 같은 음식도 여기에 속한다. · 무한한 태양에너지를 이용하여 전기를 생산 · 다른 발전시스템과 달리 가동부분이 없어 조용하고 안전하며 환경친화적 시스템 낮은 제조비용 – 소재 및 제조공정이 저렴함. 제조비용은 기존반도체 태양전지의 30% 수준 환경 친화성 – 소재 및 공정이 환경친화적임 투명한 태양전지 – 소재의 투명성(가시광 투과율 20~30%) 다양한 색상 구현가능 – 염료의 종류에 따라 색상변화 유연성 1991년 스위스의 마이클 그래첼(Michael Gratzel)박사가 세계 최초로 광합성 반응 원리를 이용하여 전기를 생산하는 새로운 형태의 염료감응태양전지를 발명

DSSC 원리 빛 염료가 태양광을 흡수하여 전자를 발생시키는 원리(인공 광합성) 염료가 가시광을 흡수하여 전자를 발생하는 원리(광 에너지 –- 전기에너지) 발생된 전자는 다공성 반도체 전극을 통해 확산되어 투명전도기판에 집전됨 전해질에 포함된 산화-환원 이온쌍이 기저상태(전자가 최소의 에너지로 존재하는 상태)의 염료분자에 전자전달 염료감응 태양전지는 금속산화물인 산화티타늄(TiO2) 표면에 특수한 염료를 흡착시키고, 흡착된 특수 염료가 태양빛을 흡수하면  광전기화학적 반응을 일으켜 전기를 생산하는 원리

실험방법 Experimental Method

실험 기구&시약 염료 N719 dye 투명 전도성막 대전극 Pt-Catalyst T/SP FTO기판 전해질 전자전달 기구나 시약등 자잘한것들은 그냥 말로서.. 전해질 전자전달 나노소재/구조

Flow-Chart 1.전극준비 2.FTO Glass 세정 3.캐스팅 4.염료 흡착 5.전극 접합 6.전해질 주입 7.효율 측정

실험 준비&세정 이산화티타늄(TiO2) 전극 준비 FTO Glass 자르기 (2.0cm*1.5cm) FTO Glass 세정 Aceotone으로 20분간 세정(초음파 세정기) Isopropanol으로 20분간 세정(초음파 세정기) 증류수로 20분간 세정(초음파 세정기) N2로 blowing

캐스팅 캐스팅 기판 준비 캐스팅 3M 테이프로 두께 조절 3M 테이프 두께를 알고있지만 윤경이의 말에 의하면 우리의 예상보다 너무 두꺼우므로 그냥 3M테이프로 두께를 조절한다고만 언급하면될듯 캐스팅 기판 준비 캐스팅 3M 테이프로 두께 조절

캐스팅 TiO2 Pt 캐스팅 TiO2, Pt 캐스팅 저 긁는 유리 이름은 모름 (나는) 테이프를 떼고 말린다음 TIO2 는 425도로 퍼니스에서 30분정도 dry / PT는 400도 에서 30분 dry TiO2 Pt 캐스팅 TiO2, Pt 캐스팅

염료흡착 TiO2 Dry 후 TiO2경우 바로 염료에 흡착시킴 염료흡착 N719 dye 염료에 24시간 흡착 (빛 차단)

Hot melting film 이용 TiO2, Pt 전극접합 접합할때 열을 가해주면서 접합 전극접합 Hot melting film 이용 TiO2, Pt 전극접합

전해질주입 전해질 주입 접합한 기판에 산화-환원 전해질 주입

효율측정 효율측정 검은전선, 빨강전선 연결 효율측정 검은게 pt인지 tio2인지 모르겠음

계산방법 Calculation Method

계산방법 = (Vmax*Imax)/(Voc*Isc)*100 = (Jsc*Voc*FF)/(Pin)*100 FF(Fill Factor %) Fill Factor= 최대 전력점에서의 전류 밀도와 전압 값의 곱을 Voc와Jsc의 곱으로 나눈 값 = (Vmax*Imax)/(Voc*Isc)*100 Vmax= FF값이 최대일 때의 전압 값 Imax= FF값이 최대일 때의 전류 값 Voc= 태양전지가 낼 수 있는 가장 높은 전압 값 Isc= 전압이 제로(0)일 때의 전류 값 효율(η %) 효율 = 전지에 의해 생산된 최대 전력과 입사광 E 사이의 비율 = (Jsc*Voc*FF)/(Pin)*100 Jsc=외부저항이 없는 상태에서 빛을 받았을 때 나타나는 전류밀도(Isc/면적) Pin= 1000W/m2기준

결과 Result

결과(실험1) FF = 41.29 % 효율 = 1.72 % FF = 29.03 % 효율 = 1.04 % FF = 16.75 % 효율 = 0.52 %

결과(실험2) FF = 50.42% 효율 = 2.04% FF = 61.17% 효율 = 1.45% FF = 50.14% 효율 = 2.49%

결론 Conclusion

결과: TiO2의 두께가 두꺼워질수록 효율이 그다지 높지 않게 나왔지만 증가하는 경향을 보였다. 결론 예상: TiO2의 두께가 두꺼워질수록 흡착될 수 있는 염료의 양이 증가하여 전자 이동이 더 많아질것이다. 따라서 DSSC의 효율은 증가 할 것이다. 결과: TiO2의 두께가 두꺼워질수록 효율이 그다지 높지 않게 나왔지만 증가하는 경향을 보였다. 실험을 수행하는 과정에서 실수가 있었는지 효율은 그다지 높지 않게 나옴. 하지만 효율은 증가하는 경향을 보임. 우리의 예상이 어느 정도 맞음.

감사합니다 Thank you