A TCO-less ruthenium (Ru) catalytic layer on glass substrate instead of conventional Ru/TCO/ glass substrate was assessed as counter electrode (CE) material in dye sensitized solar cells (DSSCs) by examining the effect of the Ru thickness on the DSSC performance. Ru films with different thicknesses (34, 46, 69, and 90 nm) were deposited by atomic layer deposition (ALD) on glass substrates to replace both existing catalyst and electrode layer. In order to make our comparison, we also prepared an Ru catalytic layer by a similar method on FTO/glass substrate. Finally, we prepared the $0.45cm^2$ DSSC device the properties of the DSSCs were examined by cyclic voltammetry (CV), impedance spectroscopy (EIS), and current-voltage (I-V) method. CV measurements revealed an increase in catalytic activity with increasing film thickness. The charge transfer resistance at the interface between the electrolyte and Rudecreased with increasing Ru thickness. I-V results showed that the energy conversion efficiency increased up to 1.96%. Our results imply that TCO-less Ru/glass might perform as both catalyst and electrode layer when it is used in counter electrodes in DSSCs.
Ahn, Sung Hoon;Koh, Joo Hwan;Park, Jung Tae;Kim, Jong Hak
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.64.1-64.1
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2010
The morphology of mesoporous $TiO_2$ films plays an important role in the operation of a DSSC. For example, the energy conversion efficiency of DSSCs with well-organized mesoporous $TiO_2$ films is much higher than those with traditional films possessing a random morphology. In previous research, well-organized mesoporous $TiO_2$ films have mainly been synthesized using an amphiphilic block copolymer, e.g., a poly(ethylene oxide) (PEO)-based template. A graft copolymer is more attractive than a block copolymer due to its low cost and the ease with which it can be synthesized. In this work, we provide the first report on the successful synthesis of well-organized mesoporous $TiO_2$ films templated by an organized graft copolymer as a structure directing agent. Well-organized mesoporous $TiO_2$ films with excellent channel connectivities were developed via the sol gel processusing an organized PVC-g-POEM graft copolymer synthesized by one-pot ATRP. The careful adjustment of copolymer composition and solvent affinity using a THF/$H_2O$/HCl mixture was used to systematically vary the material structure. The influence of the material structure on solar cell performance was then investigated. A solid-state DSSC employing both the graft copolymer templated organized 700 nm-thick $TiO_2$ films and graft copolymer electrolytes exhibited a solar conversion efficiency of 2.2% at 100 $mW/cm^2$. This value was approximately two-fold higher than that attained from a DSSC employing a random mesoporous $TiO_2$ film. The solar cell performance was maximized at 4.6% when the film thickness was increased to $2.5{\mu}m$. We believe that this graft copolymer-directed approach introduces a new and simple route toward the synthesis of well-organized metal oxide films as an alternative to a conventional block copolymer-based template.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.28
no.5
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pp.338-343
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2015
Dye sensitized solar cells (DSSCs), which is one of the contending renewable energy sources, have the problem of low efficiency. To improve the efficiency, the fast electron transport and long electron lifetime are required. In this study, one-dimensional sodium hexatitanate, which is expected to have an advantageous structure for electron transports, was synthesized and the feasibility of the material on DSSC was tested. Its physical properties were characterized by the SEM, XRD, and BET method. The dye adsorption and solar cell properties were also characterized. In addition to the expectation of fast electron transport, sodium hexatitanate showed longer electron lifetime: This means sodium hexatitanate can improve the DSSC efficiency. However, it showed low current and voltage because of the low surface area leading to the low amount of dye adsorbed. Therefore, it should be mixed with titanium oxide with high surface area for the optimal performance.
We report here flexible dye-sensitized solar cells (DSSC) based on Ti-mesh electrodes that show good mechanical flexibility and electrical conductivity. $TiO_2$ nanotube arrays prepared by electrochemical anodizing Ti-mesh substrate were used as photoanode. A Pt-coated Ti-mesh substrate was used as counter electrode. The photoanodes were modified by coating a $TiO_2$ porous layer onto the $TiO_2$ nanotubes in order to increase the specific surface area. To increase the long term stability of the DSSCs, a gel type electrolyte was used instead of a conventional liquid type electrolyte. The DSSC based on $33.2{\mu}m$ long porous $TiO_2$ nanotubes exhibited a better energy conversion efficiency of ~2.33%, which was higher than that of the DSSCs based on non-porous $TiO_2$ nanotubes.
The light harvesting efficiency is counted as an important factor in the power conversion efficiency of DSSCs. There are two measures to improve this parameter, including enhancing the dye-loading capacity and increasing the light trapping in the photoanode structure. In this paper, these tasks are addressed by introducing a macro-porous silicon (PSi) substrate as photoanode. The effects of the novel photoanode structure on the DSSC performance have been investigated by using energy dispersive X-ray spectroscopy, photocurrent-voltage, UV-visible spectroscopy, reflectance spectroscopy, and electrochemical impedance spectroscopy measurements. The results indicated that bigger porosity percentage of the PSi structure improved the both anti-reflective/light-trapping and dye-loading capacity properties. PSi based DSSCs own higher power conversion efficiency due to its remarkable higher photocurrent, open circuit voltage, and fill factor. Percent porosity of 64%, PSi(III), resulted in nearly 50 percent increment in power conversion efficiency compared with conventional DSSC. This paper showed that PSi can be a good candidate for the improvement of light harvesting efficiency in DSSCs. Furthermore, this study can be considered a valuable reference for more investigations in the design of multifunctional devices which will profit from integrated on-chip solar power.
Lee, Chang Soo;Lee, Jae Hun;Park, Min Su;Kim, Jong Hak
Korean Chemical Engineering Research
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v.57
no.3
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pp.392-399
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2019
A highly transparent interfacial layer (HTIL) to enhance the performance of dye-sensitized solar cells (DSSCs) was prepared via a polymer-assisted (PA) approach. Poly(vinyl chloride)-graft-poly(oxyethylene methacrylate) (PVC-g-POEM) was synthesized via atom-transfer radical polymerization (ATRP) and was used as a sacrificial template. The PVC-g-POEM graft copolymer induced partial coordination of a hydrophilic titanium isopropoxide (TTIP) sol-gel solution with the POEM domain, resulting in microphase separation, and in turn, the generation of mesopores upon calcination. These phenomena were confirmed using Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, UV-visible light transmittance spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD) analysis. The DSSCs incorporating HTIL60/20 (consisting of a top layer with a pore size of 60 nm and a bottom layer with a pore size of 20 nm) exhibited the best overall conversion efficiency (6.36%) among the tested samples, which was 25.9% higher than that of a conventional blocking layer (BL). DSSC was further characterized using the Nyquist plot and incident-photon to electron conversion efficiency (IPCE) spectra.
The effect of $TiO_2$ nanotube (TNT) and nanoparticle (TNP) composite photoelectrode and the role of TNT to enhance the photo conversion efficiency in dye-sensitized solar cell (DSSC) have investigated in this study. Results demonstrated that the increase of the TNT content (1-15 %) into the electron collecting TNP film increases the open-circuit potential ($V_{oc}$) and short circuit current density ($J_{sc}$). Based on the impedance analysis, the increased $V_{oc}$ was attributed to the suppressed recombination between electrode and electrolyte or dye. Photochemical analysis revealed that the increased Jsc with the increased TNT content was due to the scattering effect and the reduced electron diffusion path of TNT. The highest $J_{sc}$ (12.6 mA/$cm^2$), Voc (711 mV) and conversion efficiency (5.9%) were obtained in the composite photoelectrode with 15% TNT. However, $J_{sc}$ and $V_{oc}$ was decreased for the case of 20% TNT, which results from the significant reduction of adsorbed dye amount and the poor attachment of the film on the fluorine-doped tin oxide (FTO). Therefore, application of this composite photoelectrode is expected to be a promising approach to improve the energy conversion efficiency of DSSC.
Kim, Dae-gun;Lee, Kyung-min;Lee, Hyung-bok;Lim, Jong-woo;Park, Jae-hyuk
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.30
no.2
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pp.61-65
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2020
The depletion of fossil fuels and the increase in environmental awareness have led to greater interest in renewable energy. In particular, solar cells have attracted attention because they can convert an infinite amount of solar energy into electricity. Dye-sensitize solar cells (DSSCs) are low cost third generation solar cells that can be manufactured using environmentally friendly materials. However, DSSC photoelectrodes are generally produced by screen printing, which requires high temperature heat treatment, and low temperature processes that can be used to produce flexible DSSCs are limited. To overcome these temperature limitations, this study fabricated photoelectrodes using room-temperature aerosol deposition. The resulting DSSCs had an energy conversion efficiency of 4.07 %. This shows that it is possible to produce DSSCs and flexible devices using room-temperature processes.
Kim, Dae-Hyun;Park, Kyung-Soo;Choi, Young-Jin;Choi, Heon-Jin;Park, Jae-Gwan
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.48
no.1
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pp.94-98
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2011
A Sn-doped $In_2O_3$ (ITO) nanowire photoelectrode was produced using a simple metal evaporation method at low synthesis temperature (< $540^{\circ}C$). The nanowire electrodes have large surface area compared with that of flat ITO thin film, and show low electrical resistivity of $5.6{\times}10^{-3}{\Omega}cm$ at room temperature. In order to apply ITO nanowires to the photoelectrodes of dye-sensitized solar cell (DSSC), those surfaces were modified by $TiO_2$ nanoparticles using a chemical bath deposition (CBD) method. The conversion efficiency of the fabricated $TiO_2$/ITO nanostructure-based DSSC was obtained at 1.4%, which was increased value by a factor of 6 than one without ITO nanowires photoelectrode. This result is attributed to the large surface area and superior electrical property of the ITO nanowires photoelectrode, as well as the structural advantages, including short diffusion length of photo-induced electrons, of the fabricated $TiO_2$/ITO nanostructure-based DSSC.
The photovoltaic performance of DSSCs fabricated with different electrode thickness and different annealing temperature with the P25 $TiO_2$ and the Dyesol $TiO_2$ was measured. Thickness change of $TiO_2$ electrodes was measured using cross-sectional FE-SEM before and after annealing. Photovoltaic efficiencies of DSSCs were also measured by changing annealing temperature of platinum (Pt) paste on the counter electrode. Photovoltaic performances of DSSCs made with one layer of P25 (${\sim}20.4\;{\mu}m$) and one layer of Dyesol $TiO_2$ (${\sim}9.1\;{\mu}m$) annealed at $500^{\circ}C$ for 30 min. showed highest efficiencies of 3.8% and 5.8%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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