염료감응형 태양전지 (DSSC)는 다양한 태양전지 중, 가장 환경친화적이고, 생산단가도 낮을 뿐만 아니라 다양한 색상과 투광성을 확보할 수 있어 많은 연구가 진행되어왔다. 하지만 액체 전해질을 사용하는 기존 염료감응형 태양전지는 높은 휘발성과 열 팽창 수축에 따른 전해질 누액의 문제점으로 인하여 최근에는 고체전해질을 이용한 염료감응형 태양전지의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 스크린 프린팅법을 이용하여 TiO2 광전극을 코팅하고 Mg(OH)2를 솔-젤법을 이용하여 스핀 코팅 하였다. 이후에 $500^{\circ}C$에서 1시간동안 열처리를 통해 MgO 나노 코팅막을 형성하여 고체 박막 태양전지(solid state dye sensitized solar cells)을 제작하였다. MgO 나노 코팅막의 특성은 솔라시뮬레이터를 이용하여 I-V 곡선, transient Voc, dark current를 측정하였고, UV0vis spectroscopy를 이용하여 염료흡착량을 분석하여 코팅막과 효율간의 상관관계를 평가하였다.
Dye sensitized solar cells (DSSCs) are regarded as potential inexpensive alternatives to conventional solid-state devices. The flexible version, employing conductive-plastic-film substrates, is appealing for commercialization of DSSCs because it not only reduces the weight and cost of the device but also extends their applications. However, the need for high temperature does not permit the use of plastic-film substrate. So, development of low-temperature methods is therefore realization of flexible DSSCs. In this work, the electrophoretic deposition combined with hydrothermal treatment was employed to prepare nanocrystalline $TiO_2$ thin film at low temperature. We confirmed the prepared $TiO_2$ thin films with different voltages and deposition times in the electrophoretic deposition process. Properties of the $TiO_2$ films were investigated by various analysis method such as X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and UV-visible spectrophotometer.
In interfaces between carbon black or Pt and FTO glass in dye-sensitized solar cell counter electrodes, a marginal resistant channel for electrons, we tried to improve the connection by modifying the sintering process. A stepwise sintering process for carbon black and Pt counter electrodes was applied and its effect on power conversion efficiency was studied. Power conversion efficiencies of built-in DSSC made by a one-step sintering process with carbon black and Pt counter electrodes were about 5.01% and 5.02%, respectively. Cells made with the stepwise sintering process were 5.96% and 6.21%, respectively, indicating an 20% improvement. Fill factor (FF) increased, and it was them main reason for the power conversion efficiency improvement. Step wise sintering increased the adhesion of the interface and reduced the film thickness and surface roughness. As a result, the resistivity of the counter electrode and EIS impedance of DSSCs decreased.
Heo, Dong Uk;Kim, Sun Jae;Yoo, Beom Jin;Kim, Boeun;Ko, Min Jae;Cho, Min Ju;Choi, Dong Hoon
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제34권4호
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pp.1081-1088
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2013
Two new metal-free organic dyes bridged by anthracene-mediated ${\pi}$-conjugated moieties were successfully synthesized for use in a dye-sensitized solar cell (DSSC). A N,N-diphenylthiophen-2-amine unit in these dyes acts as an electron donor, while a (E)-2-cyano-3-(thiophen-2-yl)acrylic acid group acts as an electron acceptor and an anchoring group to the $TiO_2$ electrode. The photovoltaic properties of (E)-2-cyano-3-(5-((10-(5-(diphenylamino)thiophen-2-yl)anthracen-9-yl)ethynyl)thiophen-2-yl)acrylic acid (DPATAT) and (E)-2-cyano-3-(5'-((10-(5-(diphenylamino)thiophen-2-yl)anthracen-9-yl)ethynyl)-2,2'-bithiophen-5-yl)acrylic acid (DPATABT) were investigated to identify the effect of conjugation length between electron donor and acceptor on the DSSC performance. By introducing an anthracene moiety into the dye structure, together with a triple bond and thiophene moieties for fine-tuning of molecular configurations and for broadening the absorption spectra, the short-circuit photocurrent densities ($J_{sc}$), and open-circuit photovoltages ($V_{oc}$) of DSSCs were improved. The improvement of $J_{sc}$ in DSSC made of DPATABT might be attributed to much broader absorption spectrum and higher molecular extinction coefficient (${\varepsilon}$) in the visible wavelength range. The DPATABT-based DSSC showed the highest power conversion efficiency (PCE) of 3.34% (${\eta}_{max}$ = 3.70%) under AM 1.5 illumination ($100mWcm^{-2}$) in a photoactive area of $0.41cm^2$, with the $J_{sc}$ of $7.89mAcm^{-2}$, the $V_{oc}$ of 0.59 V, and the fill factor (FF) of 72%. In brief, the solar cell performance with DPATABT was found to be better than that of DPATAT-based DSSC.
Due to the rapidly diminishing energy sources and higher energy production cost, the interest in dye-sensitized solar cells (DSSCs) has been increasing dramatically in recent years. A typical DSSC is constructed of wide band gap semiconductor electrode such as $TiO_2$ or ZnO that are anchored by light-harvesting sensitizer dyes and surrounded by a liquid electrolyte with a iodide ion/triiodide ion redox couple. DSSCs based on one-dimensional nano-structures, such as ZnO nanorods, have been recently attracting increasing attention due to their excellent electrical conductivity, high optical transmittance, diverse and abundant configurations, direct band gap, absence of toxicity, large exiton binding energy, etc. However, solar-to-electrical conversion performances of DSSCs composed of ZnO n-type photo electrode compared with that of $TiO_2$ are not satisfactory. An important reason for the low photovoltaic performance is the dissolution of $Zn^{2+}$ by the adsorption of acidic dye followed by the formation of agglomerates with dye molecules which could block the I-diffusion pathway into the dye molecule on the ZnO surface. In this paper, we prepared the DSSC with the ZnO electrode using the chemical bath deposition (CBD) method under low temperature condition (< $100^{\circ}C$). It was demonstrated that the ZnO seed layers played an important role on the formation of the ZnO nanostructures using CBD. To achieve truly low-temperature growth of the ZnO nanostructures on the substrates, a two-step method was developed and optimized in the present work. Firstly, ZnO seed layer was prepared on the FTO substrate through the spin-coating method. Secondly, the deposited ZnO seed substrate was immersed into an aqueous solution of 0.25M zinc nitrate hexahydrate and 0.25M hexamethylenetetramine at $90^{\circ}C$ for hydrothermal reaction several times.
염료감응형 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비하여 가격 경쟁력이 우수하고 안정성이 뛰어나다는 장점으로 인하여 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히 국내/외 여러 그룹에서 백금 대체 전극에 대한 연구가 많이 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 저가형 고효율 염료감응형 태양전지의 구현을 위하여 상대전극의 대표적 물질인 백금을 대체하는 물질로서 그래핀을 선정하여 저가형 상대 전극 소재 개발하고 특성을 개량코자 하였다. 그래핀 전극의 특성을 평가하기 위하여 FTO 기판상에 그래핀 전극과 백금 전극을 각각 제작하여 AFM 및 J-V 특성을 평가하였다. 그래핀 0.1 wt%의 경우 전류밀도 11.68 mA/cm2, 최대효율 4.34% 등 백금 상대전극에 유사한 특성을 나타냄으로서 합성조건 등을 개선하는 경우, 백금 상대전극에 우수한 특성을 나타낼 수 있는 가능성을 확인하였다.
This study examines a manufacturing process for the photoelectrode material of dye-sensitized solar cell (DSSC) intending to increase efficiency through the surface plasmon resonance phenomenon of nanoparticles with a composite structure made of Ag and TiO2. This invention involves the use of Ag and TiO2 nanoparticles in the solar cell. These nanoparticles cause surface plasmon resonance, which amplifies and scatters incident solar energy, enhancing the dye's rate of light absorption. It also makes it possible to absorb energy in wavelength ranges that were previously difficult to do, which increases efficiency. Centrifugal separation and heat synthesis are used to create the composite metal structures, and certain combinations are used to decide the particle morphologies. To increase the efficiency of organic solar cells and DSSC, the Ag/TiO2 composite structure is therefore quite likely to be used.
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been widely investigated as a next generation solar cell because of their simple structure and low manufacturing cost. To realize a commercially competitive technology of DSSCs, it is imperative to employ a technique to prepare nanocrystlline thin film on the flexible organic substrate, aiming at increasing the flexibility and reducing the weight as well as the overall device thickness of DSSCs. The key operation of glass-to-plastic substrates conversion is to prepare mesoporous TiO2 thin film at low temperature with a high surface area for dye adsorption and a high degree of crystallinity for fast transport of electrons. However, the electron transport in the TiO2 film synthesized at low temperature is very poor. So, in this study, TiO2 films synthesized at high temperature were transferred on the selective substrate. We fabricated DSSCs at low temperature using this method. So, we confirmed that the performance of DSSCs using TiO2 films synthesized at high temperature was improved.
A new type of solid and gel-state ionics based on siloxane pyridinium iodides was synthesized and used as electrolytes in dye-sensitized solar cells. The resulting electrolytes were characterized by $^1H$ NMR spectroscopy, TGA and diffusion coefficient. The synthesized siloxane pyridinium iodide electrolytes have characteristics of different chain length of siloxane moieties. The ion conductivities were given 2.7-3.2 S/cm. Among the three SiDPIs based electrolytes, DSSC employing the SiDPI2 gives an open circuit voltage of 0.704 V, a short-circuit current of 15.85 $mA/cm^2$ and conversion efficiency of 6.8% under light intensity of 100 $mW/cm^2$. In addition, the performance of the DSSCs showed relatively reasonable compared with the propylpyridinium iodide (PPI) electrolyte.
Mesoporous titanium dioxide ($TiO_2$) thin films were prepared using poly(vinyl chloride)-graft-poly(N-vinyl pyrrolidone) (PVC-g-PVP) as a templating agent via sol-gel process. Grafting of PVC chains from PVC backbone was done by atom transfer radical polymerization (ATRP) technique. The successful grafting of PVP to synthesize PVC-g-PVP was checked by fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and gel permeation chromatography (GPC). The carbonyl group interaction of PVC-g-PVP graft copolymer with $TiO_2$ was confirmed by FT-IR. The porous morphologies of the $TiO_2$ films genereated after calcination at $450^{\circ}C$ was characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The mesoporous $TiO_2$ films with 580 nm in thickness were used as a photoelectrode for solid state dye sensitized solar cell (DSSC) and showed an energy conversion efficiency of 1.05% at 100 $mW/cm^2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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