한국산업정보학회논문지 (Journal of Korea Society of Industrial Information Systems)

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염료감응 태양전지용 고효율 광산란층에 대한 연구

Study of Highly Efficient Light Scattering Layers for Dye-Sensitized Solar Cells

  • 원성근 (충북대학교 정보통신공학부) ;
  • 강현수 (충북대학교 정보통신공학부)
  • 투고 : 2023.04.04
  • 심사 : 2023.06.07
  • 발행 : 2023.06.30
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초록

본 연구는 염료감응 태양전지의 효율을 높이기 위해 새로운 구조의 광산란층을 개발하고, 광산란 입자 형태에 따른 광산란 효과를 분석하는 것이다. TiO2 나노로드 입자로 구성된 구형과 보울형 구조의 클서스터를 다양한 증기압을 갖는 용매 내에서 전기분무법을 이용하여 셀을 제작하였고, 그것들의 광전 특성과 광산란 능력을 비교하였다. 클러스터는 직경 3nm, 길이 25nm 크기의 TiO2 나노로드 입자들이 응집되어 있으며, 메조기공 구조로 인해 최대 113.57m2/g의 비표면적을 나타내었다. 클러스터를 광산란층으로 도입한 염료감응 태양전지는 뛰어난 광전 성능을 나타내었다. 그 중 보울형 광산란층으로 구성된 셀은 클러스터를 구성하는 TiO2 나노로드에 의한 전자 이동 능력, 메조 기공에 의한 염료 흡착 능력, 그리고 보울 구조로 인한 다중 광산란 능력에 의한 효과로 가장 높은 9.13%의 에너지 변환 효율을 보였다. (100mW/cm2)

The purpose of this study is to develop novel scattering layer, and investigate the effect of morphology of scattering center on the performance for dye-sensitized solar cells. We prepared the spherical- and bowl-shaped clusters of titania(TiO2) nanorods using and electrospray technique and examine the photovoltaic properties of the clusters, in conjunction with their light scattering ability. The nanorods with a diameter of about 3nm and the length of about 25nm formed clusters with different morphology depending on the vapor pressure of the solvent. The clusters possessed high specific surface areas of up to 113.57m2/g and mesoporous structures. Dye-sensitized solar cells containing the clusters as a scattering layer displayed excellent photovoltaic performance. The cell with a scattering layer of the bowl-shaped TiO2 nanorod cluster exhibited the highest energy conversion effeiciency of the cells of 9.13% under AM 1.5 global illumination of 100mW/cm2. Such high efficiency was attributed to the high dye loading capacity and multiple light scattering ability of the bowl-shaped TiO2 nanorod cluster.

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