The organic binder-free paste for dye-sensitized solar cell (DSSC) has been investigated using peroxo titanium complex. The crystal structure of $TiO_2$ nanoparticles, morphology of $TiO_2$ film and electrical properties are analyzed by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electrochemical Impedance Spectra (EIS), and solar simulator. The synthesized $TiO_2$ nanopowders by the peroxo titanium complex at 150, 300, $400^{\circ}C$, and $450^{\circ}C$ have anatase phase and average crystal sizes are calculated to be 4.2, 13.7, 16.9, and 20.9 nm, respectively. The DSSC prepared by the peroxo titanium complex binder have higher $V_{oc}$ and lower $J_{sc}$ values than that of the organic binder. It can be attributed to improvement of sintering properties of $TCO/TiO_2$ and $TiO_2/TiO_2$ interface and to formation of agglomerate by the nanoparticles. As a result, we have investigated the organic binder-free paste and 3.178% conversion efficiency of the DSSC at $450^{\circ}C$.
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.
Md. Mahbubur, Rahman;Hyeong Cheol, Kang;Kicheon, Yoo;Jae-Joon, Lee
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제13권4호
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pp.453-461
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2022
A chemically sintered and binder-free paste of TiO2 nanoparticles (NPs) was prepared using a binary-liquid mixture of 1-octanol and CCl4. The 1:1 (v/v) complex of CCl4 and 1-octanol easily interacted chemically with the TiO2 NPs and induced the formation of a highly viscous paste. The as-prepared binary-liquid paste (PBL)-based TiO2 film exhibited the complete removal of the binary-liquid and residuals with the subsequent low-temperature sintering (~150℃) and UV-O3 treatment. This facilitated the fabrication of TiO2 photoanodes for flexible dye-sensitized solar cells (f-DSSCs). For comparison purposes, pure 1-octanol-based TiO2 paste (PO) with moderate viscosity was prepared. The PBL-based TiO2 film exhibited strong adhesion and high mechanical stability with the conducting oxide coated glass and plastic substrates compared to the PO-based film. The corresponding low-temperature sintered PBL-based f-DSSC showed a power conversion efficiency (PCE) of 3.5%, while it was 2.0% for PO-based f-DSSC. The PBL-based low- and high-temperature (500℃) sintered glass-based rigid DSSCs exhibited the PCE of 6.0 and 6.3%, respectively, while this value was 7.1% for a 500℃ sintered rigid DSSC based on a commercial (or conventional) paste.
The improvement of solar energy-to-electricity conversion efficiency has continued to be an important research area of dye-sensitized solar cells (DSSCs). The mechanism of DSSCs is based on the injection of electrons from the photoexcited dye into the conduction band of nanocrystalline TiO2 or ZnO. Thus, the electronic structures, such as HOMO, LUMO, and HOMO-LUMO band gaps of dye moleculed in DSSC are deeply related to the electron transfer by photoexcitation and redox potential. Organic dyes, because of their many advantages, such as high molar extinction coefficients, convenience of customized molecular design for desired photophysical and photochemical properties, inexpensiveness with no transition metals contained, and environment-friendliness, are suitable as photosensitizers for DSSC. We believe that practically useful organic dye photosensitizers can be produced by exploiting electron donor/acceptor system with proper length of ${\pi}$-conjugation in a chromophore to control the absorption wavelength and enhance the photovoltaic performance. In this research, We designed and synthesized organic dyes also investigated the photoelectrochemical properties of a series of ionic dyes in DSSCs.
A dye-sensitized solar cell (DSSC) was fabricated with a nanocrystalline $TiO_2$ film electrode on FTO glass, N719 dye, electrolytes (or $CsSnI_3$), and counter Pt electrode by incorporating it with single-walled carbon nanotubes (SWNTs). SWNTs were combined with $TiO_2$ film, $CsSnI_3$, Pt electrode, separately, and the SWNT-containing cell was compared with a pristine cell in cell performance. We also examined the performance change by pressing $TiO_2$ film, during cell fabrication, inside a high pressure chamber. Mostly, the change of conversion efficiency was compared for each cell, and an atomic force microscopy data were suggested to explain our results.
Fabrication and characterization of dye-sensitized TiO2 solar cells(DSSC) consisting of spray-coated TiO2 electrode, an electrolyte containing I-/I3- redox couple, and a Pt-coated counter electrode carried out, using mainly FE-SEM and solar simulator. Also, effect of rapid thermal annealing(RTA) temperatue on I-V curves of DSSCS consisting of approximately 10m thickness and $5{\times}5mm2$ active area. No significant difference in the apparent size of TiO2 clusters was observed with increasing RTA temperature. Also, an open circuit voltage(Voc) of approximately 0.70V and a short-circuit photocurrent(Jsc) of 8 to 12mA/cm2 were observed in the TiO2 solar cell. With increasing RTA temperature upto 550oC, photocurrent density of dye-sensitized solar cells was enhanced, leading to enhancing the efficiency of dye-sensitized solar cells having Pt-electroplated counter electrode.
Rye-sensitized solar cell (DSSC) is a new class of solar cell, which consists of nanoporous TiO$_2$ electrode, dye-sensitizer, electrolyte, and counter electrode. Such cell is operated in sunlight via the principle of photosynthetic electrochemistry. In order to obtain the good dispersion of nano size TiO$_2$ particles In slurry, the pH of solvent, the sort and quantify of solvent additive and the quantity of surfactant were adjusted. As results, the lower the pH of solvent was the lower the viscosity of the slurry became. The addition of ethylene glycol and propylene glycol to dilute HNO$_3$ brought about the lowering of viscosity and the enhancement of stability in slurry. The addition of surfactant lowered the viscosity of slurry. It was possible to obtain the homogeneous and uniformly dispersed mesoporous TiO$_2$ film using the dilute HNO$_3$ solvent of pH 2 with the addition of ethylene glycol and neutral surfactant. DSSC was assembled with TiO$_2$ electrode and Pt electrode, and its photoelectric property was measured using the monochromatic wavelength in the rangee of 350∼700 nm.
In material processing, a laser system with optimal laser parameters has been considered to be significant. Especially, the laser scribing technology is thought to be very important for fabricating DSSC(Dye sensitized solar eel!) modules with good quality. Moreover, the $TEM_{00}$ mode laser beam is the most dominant factor to decide the IPCE(Incident photon to current conversion efficiency) characteristics. In order to get the $TEM_{00}$ mode, a pin-hole is inserted within a simple pulsed Nd:YAG laser resonator. And the spatial field distribution is measured by using three size pin-hole diameters of 2.0, 6.0mm respectively. At that moment, each case has the same laser beam energy by adjusting the discharge voltage and pps(pulse per second). From those results, it is known that the pin-hole size of 2.0mm has the perfect $TEM_{00}$ mode. In addition, at the charging voltage of 1000V, 10pps and the feeding speed of 1.11mm/sec, the SEM photo of FTO(Fluorine-doped tin oxide) thin film layers shows the best scribing trace.
$TiO_2$ pastes was synthesized to obtained of high efficiency dye-sensitized solar cells using size dependent co-polymer. SBM co-polymer binder is consist of styrene, n-butyl acrylate, and methacrylic acid (SBM) monodisperse co-polymer binder materials and this $TiO_2$ pastes were applied of dye-sensitized solar cells (DSSCs). The photoanodes were characterized by ATR-Fourier Transform spectrometer, X-ray diffraction (XRD) and morphology was investigated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The photoelectrochemical properties of the thin films and the performance of DSSCs were measured by photovoltaic-current density, AC impedance and monochromatic incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE). DSSC based on the 100nm size co-polymer binder was obtained conversion efficiency of 8.1% under irradiation of AM 1.5(100 $mWcm^2$).
Photoelectrochemical solar cells such as dye-sensitized cells (DSSCs), which exhibit high performance and are cost-effective, provide an alternative to conventional p-n junction photovoltaic devices. However, the efficiency of such cells plateaus at 11-12%, in contrast to their theoretical value of 33%. Improvements in efficiency can only occur through a fundamental understanding of the underlying physics, materials, and device designs of DSSCs. A photoelectrode consisting of semiconducting oxide nanoparticles and a transparent conducting oxide electrode (TCO) is a key component of DSSC and design of photoelectrode materials is one of promising strategies to improving energy conversion efficiency. We introduce monodisperesed $TiO_2$ nanoparticles prepared by forced hydrolysis method and their superiority as photoelectrode materials was characterized with aids of optical and electrochemical analysis. Multi-layered TCO materials are also introduced and their feasibility for use as photoelectrodes is discussed in terms of optical absorption and charge collecting properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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