• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.412-412
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• 2016

염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 식물의 광합성원리와 매우 유사한 작동원리를 갖고 있는 전지이며, 간단한 구조, 저렴한 제조단가, 친환경성 등의 등의 장점으로 인하여 많은 관심을 모으고 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 빛을 받아들인 염료분자가 전자-홀 쌍을 생성하며 전자는 반도체 산화물을 통해 이동되고 전해질의 산화환원 과정을 통해 염료 분자가 다시 환원되는 순환메커니즘을 따르고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 밴드 갭 에너지가 큰 반도체 산화물을 포함하는 작업전극, 산화환원 반응을 통해 전자를 염료로 보내는 전해질, 환원 촉매역할을 하는 상대전극으로 구성되어 있다. 특히, 상대전극으로는 우수한 촉매특성과 높은 전도성을 갖는 백금이 가장 많이 이용되고 있지만 가격이 비싸고 요오드에 취약하기 때문에 상용화에 큰 장애물이다. 따라서, 백금을 대체하기 위해 저가의 탄소나 고분자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 그 중 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNFs)는 높은 표면적과 뛰어난 화학적 안정성으로 촉매효율을 증대시킬 수 있어 촉매물질로서 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 상대전극에 탄소나노섬유기반 복합체를 합성하였고, 성공적으로 저가격 및 고성능의 염료감응 태양전지를 제작하였다. 이때, 지지체인 탄소나노섬유는 전기방사법을 통해 합성하였으며, 수열합성법을 이용하여 금속산화물을 담지하였다. 이렇게 제작된 탄소나노섬유-Fe2O3 복합체는 scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy 통해 구조적, 화학적 특성을 평가하였으며 전기화학적 특성 및 광전변환 효율을 분석하기 위해 cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, 그리고 solar simulator를 사용하였다. 본 학회에서 위와 관련된 더 자세한 사항에 대해 논의할 것이다.

• 공업화학
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• 제21권4호
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• pp.405-410
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• 2010

P25와 Dyesol $TiO_2$ (Titanium dioxide)를 사용하여 두께와 소성 온도가 다른 전극을 제조하여 염료감응형 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell, DSSC)를 제조한 후 광 변환 효율을 측정하였다. 소성 전 후의 $TiO_2$ 작업 전극의 두께 변화는 FE-SEM을 사용하여 시편의 cross section을 확인하여 비교하였다. 또한 상대전극인 Pt의 소성 온도에 따른 DSSC의 효율 변화도 측정하였다. P25를 활용한 DSSC는 doctor blade로 1층으로 도포 후, $500^{\circ}C$에서 30 min 동안 소성한 작업 전극(${\sim}20.4{\mu}m$)과 $350^{\circ}C$에서 30 min 동안 소성한 Pt 상대 전극으로 제조한 셀이 3.8%의 광효율을 나타내었다. Dyesol $TiO_2$를 활용하여 1층으로 도포 후, $500^{\circ}C$에서 30 min 동안 소성한 작업전극(${\sim}9.1\;{\mu}m$)과 $450^{\circ}C$에서 30 min 동안 소성한 Pt 상대 전극으로 제조한 셀이 5.8%의 광 효율을 나타냄을 알았다.

• 공업화학
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• 제22권1호
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• pp.98-103
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• 2011

DSSC의 광전 효율 증대와 Pt 상대전극의 접착성 향상을 위하여 FTO (Fluorine-doped Tin Oxide) 유리면에 Ni underlayer를 전기 도금 후 Pt 층을 전기 도금하였다. Ni underlayer는 $10mA/cm^2$에서 2 min 동안 도금한 경우 Ni 층과 FTO 면사이의 접착성이 가장 우수하게 나타났으며, Ni underlayer를 $10mA/cm^2$에서 2 min, Pt 층을 $5mA/cm^2$에서 1 min 동안 전기 도금한 상대전극의 XRD 분석 결과 Ni 및 Pt의 금속 회절 peak들을 관찰 할 수 있었다. 이렇게 제조한 상대전극을 사용하여 DSSC의 impedance 측정 결과 75 ohm의 가장 낮은 저항을 나타냈으며, 광전 효율은 5.6%로서 가장 높은 값을 나타내었다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 춘계학술논문집 2부
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• pp.836-839
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• 2011

염료감응형 태양전지의 상대전극으로 MWCNT(multi-walled carbon nanotube)의 농도 (0.01~0.06g)를 달리하여 FTO(fluorine-doped tin oxide) glass에 분산시켜 상대전극을 만들었다. 그리고 glass/FTO/$TiO_2$/Dye(N719)/electrolyte(C6DMII,GSCN)/MWCNT/FTO/glass 구조를 가진 0.45$cm^2$급 DSSC(dye-sensitized solar cells) 소자를 만들었다. 소자의 미세구조, 분산정도, 광특성은 각각 광학현미경, SEM, source measure unit (Keithley model 2400) 장비를 이용하여 확인하였다. MWCNT 농도 증가와 FTO의 거친 표면형상에 따라 비선형적으로 MWCNT 분산면적이 증가하였고, MWCNT 농도 0.06g일 때 FTO 표면에 전체적으로 MWCNT가 완전히 분산됨을 확인하였다. 소자의 광변환 효율은 MWCNT 분산면적에 비례하는 효율을 보였고, MWCNT 분산농도인 0.06g 일 때 4.49%의 광변환 효율을 얻을 수 있었다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제23권2호
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• pp.96-102
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• 2009

본 논문에서는 전위강하법을 이용한 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치 및 각도의 영향에 대하여 기술하였으며, 측정시 오차를 최소화하는 기법을 제안하였다. 전위강하법은 이론적으로 전위와 전류의 측정원리에 근간을 두고 있으며 측정오차는 주로 보조전극의 위치와 각도에 기인한다. 전위보조전각의 위치에 의한 접지저항 측정값의 상대오차를 분석하기 위해 전류보조전극의 거리를 50[m]로 고정시키고 전위보조전극의 거리를 10[m]에서 50[m]까지 변화시키며 접지저항을 측정하였고 또한 전위보조전극과 전류보조전극 사이의 각도를 30[$^{\circ}$], 45[$^{\circ}$], 60[$^{\circ}$], 90[$^{\circ}$], 180[$^{\circ}$]로 변화시키며 측정하였다. 결과적으로 전위보조전극의 거리 증가 및 전류보조전극과 전위보조전극 사이의 각도가 감소할수록 상대오차가 작게 나타났다. 본 실험결과는 접지시스템의 접지저항을 측정할 때 전위보조전극의 위치를 결정하는데 활용될 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.372-372
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• 2011

염료 감응형 태양전지는 상,하판 투명전극(TCO), 나노입자의 다공질 TiO2, 염료 고분자 층으로 구성된 광전극과 투명전극 및 백금(Pt) 박막으로 구성된 상대전극 그리고 두 전극 사이를 산화 환원용 전해질 용액으로 채우고 있는 구조이다. 이 구조에서 투명전극(TCO)은 재료비의 많은 부분을 차지하므로 제작비용 절감을 위한 TCO-less에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 TCO-less 염료 감응형 태양전지 제작을 위해 이중층 Ti 전극 구조를 제안하였다. 제작과정은 광조사 부분을 확보한 유리기판에 e-beam 증착법을 이용해 Ti 전극을 증착시킨 후 TiO2를 Ti전극과 일부 중첩하여 인쇄하고 그 위에 두 번째 Ti전극을 제작한다. 이중층 Ti전극 구조는 SEM, EIS 등의 분석장비를 사용하였고 기존 FTO 구조에 비해 단락전류밀도, 에너지 변환효율은 감소하였으나 직렬 내부저항이 약 27% 감소하여 fill factor가 28% 향상된 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국조명전기설비학회:학술대회논문집
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• 한국조명전기설비학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.403-405
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• 2009

본 연구에서는 염료태양전지의 제작 시 고가의 TCO전극을 사용하지 않고 간단히 광전극을 대체할 수 있는 방법으로 메쉬전극을 이용하는 TCO-less 염료태양전지를 제작하였다. 메쉬전극을 이용한 TCO-less 염료태양전지의 구조는 "Glass / 메쉬전극($TiO_2$를 딥코팅 한 후 염료를 흡착시킴) / 전해질 / 멤브레인 필터 / 상대전극(Pt-coated TCO) / Glass" 로 구성된다. 제작된 샘플의 광전변환 효율은 약 1.5% 였으며 fill factor는 0.55로 나타났다. 향후 계획으로 효율을 향상 시킬 수 있는 방법을 도입하여 광전류밀도와 fill factor를 개선하는 연구를 진행할 예정이다.

• 폴리머
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• 제37권4호
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• pp.470-477
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• 2013

가공이 쉬우면서도 성능이 우수한 염료 감응 태양 전지(DSSC)용 상대 전극을 제조하기 위하여 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT) 기반의 고충전 나노복합 페이스트를 제조하고, MWCNT의 분산 제어가 미치는 영향에 대하여 조사하여 보았다. MWCNT의 분산성을 향상시키기 위하여 폴리스티렌 기반의 기능성 블록 공중합체를 리빙 라디칼 중합법으로 합성하여 MWCNT의 표면 개질제로 사용하였으며, 적절한 용매 조건의 선택을 통하여 고충전 나노복합 페이스트의 가공성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. MWCNT의 분산 제어를 통해 이를 상대 전극으로 도입한 DSSC의 광전 변환 효율이 향상됨을 확인할 수 있었으며, 이는 볼밀법을 이용한 MWCNT의 물리적 분산을 통해서도 검증할 수 있었다. 미량의 platinum(Pt) 나노입자와 복합화시킬 경우, 표준 Pt 상대 전극보다도 더 우수한 성능을 가지는 MWCNT 기반 상대 전극을 제조할 수 있음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.1-7
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• 2017

염료감응형 태양전지 촉매층으로 CoSi의 신뢰성을 확인하기 위해 전자빔증착기를 이용하여 100 nm-Co/300 nm-Si/quartz의 적층구조를 형성하고, $700^{\circ}C$-60분의 진공열처리하여 약 350 nm-CoSi를 형성하였다. 이때 잔류 Co를 제거하기 위해 $80^{\circ}C$-30%의 황산처리를 진행하였다. 또한 비교를 위해 100 nm-Pt/glass 상대전극을 준비하였다. CoSi 상대전극이 채용된 DSSC 소자의 신뢰성을 확인하기 위해 $80^{\circ}C$ 온도조건에서 0, 168, 336, 504, 672, 840시간동안 유지하였다. 이들을 채용한 DSSC 소자의 광전기적 특성을 분석하기 위해 solar simulator와 potentiostat을 이용하였다. CoSi 상대전극의 촉매활성도, 미세구조, 그리고 조성 분석을 확인하기 위해 CV, FE-SEM, FIB-SEM, EDS를 이용하여 분석하였다. 시간에 따른 에너지변환효율 결과, Pt와 CoSi 상대전극 모두 에너지변환효율이 504시간까지는 유지되다가 672시간 경과 후 처음의 50%로 감소하는 특성을 보였다. 촉매활성도 분석 결과, 시간이 지남에 따라 Pt와 CoSi 상대전극 모두 촉매활성도가 감소하여 각각 64%, 57%의 촉매활성도를 보였다. 미세구조 분석 결과, CoSi층은 전해질에 대한 안정성은 우수하였으나, 하부 쿼츠 기판과 CoSi층의 접촉면에 스트레스가 집중되어 국부적으로 크렉이 형성되며, 궁극적으로 ${\mu}m$급의 박리현상을 확인하였다. 따라서 CoSi 상대전극은 실리사이드화 되는 과정에서 잔류응력 때문에 열화가 일어나므로 신뢰성의 확보를 위해서는 이러한 잔류응력의 대책이 필요하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.82-92
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• 2022

본 연구의 목적은 3전극방식으로 전기화학적 임피던스분광법(EIS)를 활용한 콘크리트 속 철근의 분극저항을 측정할 때 전기화학 셀저항에 따른 인가전압의 변화를 실험적으로 확인하고, 안정적인 측정값을 획득을 위한 실험조건을 찾는 것이다. 본 연구에서는 셀저항을 구성하는 요소 중 콘크리트 건조상태, 전극의 커플링상태(접촉저항) 및 상대전극의 면적을 주요변수 설정하였다. 본 연구에서는 지름 200mm인 정사각형 콘크리트 실험체 중심에 D22 철근이 부분적으로 매입된 실험체를 준비하여, 주요변수의 조합으로 구성된 다양한 실험조건에서 EIS을 수행하였으며 이때 포텐쇼스탯에서 인가된 전압을 측정하였다. 본 연구의 실험결과를 통하여, 3전극 방식으로 콘크리트 속 철근의 부식속도를 측정할 경우, 측정장치의 추종전압보다 측정 시 요구되는 인가전압이 충분히 큰 경우 셀저항의 변화는 EIS 측정에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 참조전극과 기준전극을 콘크리트 표면에 부착된 상태에서 EIS에서 콘크리트의 건조상태 및 상대전극의 면적에 대한 영향에 비하여 전극과 표면의 접촉저항의 영향이 지배적인 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 해양환경에 노출된 콘크리트와 같이 침지 및 건조 반족 조건에 노출된 콘크리트에서 3전극방식의 EIS 측정으로 철근 부식속도 및 상태평가를 위한 센서 개발에 기본 데이터로 활용될 수 있다.