• 제목/요약/키워드: Dye-sensitized solar cells (DSSCs)

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Li Dopant가 ZnO 세라믹스의 전기적 특성과 미세 구조에 미치는 영향 (Effects of Li Dopant on Electrical Properties and Microstructure of ZnO Ceramics)

  • 전민철;고중혁
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제25권4호
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    • pp.282-285
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    • 2012
  • It is well known that Zinc Oxide (ZnO) is an attractive material for its various applications. ZnO has been mostly used as a transparent conducting oxide in liquid crystal displays, solar cells due to its advantages of low cost, high productivity, and excellent electrical conductivity. Notably, flexible-dye-sensitized solar cells (DSSCs) based on polyethylene terephthalate (PET) substrates require low temperature sintering processing conditions. Therefore, low temperature processing conditions have been strongly required for transparent conducting film applications. In this paper, we prepared low temperature-sintered ZnO ceramics employing Li as a sintering aid.

Influence of para-orientating Methoxyl Units on the Electronic Structures and Light Absorption Properties of the Triphenylamine-based dyes by DFT Study

  • Liang, Guijie;Xu, Jie;Xu, Weilin;Wang, Luoxin;Shen, Xiaolin;Yao, Mu
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제32권7호
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    • pp.2279-2285
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    • 2011
  • The geometries, electronic structures and absorption spectra of the two organic triphenylamine-based dyes TA-St-CA and TA-DM-CA, containing identical electron donors and acceptors but the different conjugated bridges, were studied by density functional theory (DFT) at the B3LYP and PBE1PBE levels, respectively. The influence of para-orientating methoxyl units on the electronic structures and light absorption properties of the dyes and the consequent photovoltaic performance of the dye-sensitized solar cells (DSSCs) were investigated in detail. The results indicate that the introduction of the para-orientating methoxyl units into the conjugated bridge induces the increased absorption wavelength as well as the more negative EHOMO corresponding to the bigger driving force $(E_{I^-/I^-_3}-E_{HOMO})$ for dye reduction, which together improve the photovoltaic performance of TA-DM-CA, although there is a decline of the open circuit voltage caused by the more negative $E_{LUMO}$.

염료감응태양전지의 Au/Pt 이중 촉매층의 전해질과의 반응에 따른 열화 (Degradation of a nano-thick Au/Pt bilayered catalytic layer with an electrolyte in dye sensitized solar cells)

  • 노윤영;송오성
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제15권6호
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    • pp.4013-4018
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    • 2014
  • 염료감응형 태양전지 상대전극부에 Au/Pt 이중 촉매층 적용에 따른 전해질과의 반응안정성 확인과 에너지변환효율 변화를 확인하기 위해 $0.45cm^2$ 면적을 가진 glass/FTO/blocking layer/$TiO_2$/dye/electrolyte/50nm Pt/50nm Au/glass 구조의 소자를 준비하였다. 비교를 위해 평탄한 유리기판 위에 증착된 100nm 두께의 Pt 상대전극을 채용한 소자도 동일한 방법으로 확인하였다. 솔라 시뮬레이터와 퍼텐쇼 스탯을 통해 단락전류밀도, 개방전압, 필팩터, 에너지변환효율의 광전기적 특성을 확인하였다. Au/Pt 이중층과 전해질의 반응을 확인하기 위해 광학현미경을 통해 전해질 주입 후 0~25분 후 이중층의 미세구조를 확인하였다. 광전기적 특성 분석 결과, 평탄한 유리기판 위의 단일층 Pt의 에너지변환효율은 4.60%를 나타내고 시간 의존성이 없었다. 반면, Au/Pt의 경우 전해질 주입 직 후, 5분 후, 25분 후의 에너지 변환 효율이 각각 5.28%, 3.64%, 2.09%로 시간이 지남에 따라 감소하였다. 광학현미경 분석을 통하여, 전해질 주입 직 후, 5분 후, 25분 후의 부식면적이 각각 0, 21.92, 34.06%로 Au와 전해질이 반응하여 부식되는 것을 확인하였고, 이를 통해 Au/Pt가 전기적으로 시간이 지남에 따라 촉매활성도와 효율이 감소하는 것을 확인하였다. 따라서 염료감응태양전지에 Au/Pt 촉매는 단기적으로는 기존 Pt only보다 우수하였으나 장기적으로는 전해질과의 안정성이 미흡함을 확인하였다.

Nb2O5 코팅에 따른 염료감응 태양전지의 효율 향상 (Enhancement of Conversion Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cells(DSSCs) by Nb2O5 Coating on TiO2 Electrode)

  • 박선영;정수권;김정현
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제48권4호
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    • pp.506-510
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    • 2010
  • 염료감응 태양전지에서 $TiO_2$의 표면에서 일어나는 전자의 재결합 현상은 태양전지의 변환효율을 떨어뜨리는 주요한 원인이다. 본 연구에서는 이 전자의 재결합 현상을 제어하기 위해 $TiO_2$의 표면에 에너지 장벽을 도입하여 변환효율을 향상시키고자 하였다. $TiO_2$ 나노전극에 에너지 장벽의 역할을 하는 $Nb_2O_5$를 코팅시켰다. 코팅의 영향을 알아보기 위해 코팅횟수를 변화시키며 실험하였다. 가시광선 영역에서의 반사율로부터 코팅의 유무를 확인하고 회절패턴으로부터 코팅물질이 $Nb_2O_5$임을 확인하였다. 재결합을 제어할 수 있는 코팅막의 두께를 측정해 본 결과, 12회 코팅하였을 때 코팅막의 두께는 약 5 nm로 1회 코팅시 적층되는 코팅막의 두께는 약 0.417 nm로 볼 수 있었다. 코팅횟수에 따른 변환효율의 변화는 코팅막이 없는 경우 2.55%에서 2회 코팅한 경우 4.25%로 약 1.7배 증가하여 2회 코팅의 경우 효율이 가장 높았다. 따라서 $Nb_2O_5$ 2회 코팅의 경우 코팅막의 두께가 약 0.834 nm로 전자의 재결합을 가장 잘 제어할 수 있었다.

Donor-π-Acceptor Type Diphenylaminothiophenyl Anthracene-mediated Organic Photosensitizers for Dye-sensitized Solar Cells

  • 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.

CNT 및 Pt을 상대전극으로 하는 DSSC의 직병렬연결에 관한 비교특성 (Comparative properties for a serial-parallel connection of DSSC with CNT and Pt counter electrodes)

  • 김희제;김정훈;박성준;최진영;홍지태;이동윤
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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    • pp.1236-1237
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    • 2008
  • Carbon nanotube(CNT) materials are expected a stable current collector without the phenomena such as oxidizing and melting of grid by redox electrolyte and with low cost. In this paper, two types of dye-sensitized solar cells(DSSCs) with Pt abd CNT as a counter electrode were fabricated, then the energy conversion efficiency characteristics were investigated. The main purpose of this study is to find out the possibility of CNT material as cheap current collector of a large scale DSSC module. In addition, the Hall coefficient were measured by using FCM analysis.

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ALD를 이용한 염료감응형 태양전지의 재결합 방지 효과 연구

  • 신진호;강상우;김진태;신용현;고문규;윤주영
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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    • pp.355-355
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    • 2011
  • 최근 석유 자원의 고갈로 인하여 요구되는 대체 에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다. 그 중 태양에너지는 지구의 생명체가 살아가는 에너지의 근원으로서 매초 800~1000 W에 달하는 에너지양으로 볼 때 태양은 인류가 가장 풍부하게 활용할 수 있는 에너지원이다. 태양에너지를 이용한 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)는 제조원가를 낮출 수 있고, 유리 전극을 이용한 투명한 태양전지를 제조할 수 있어 건물의 유리창등으로 응용할 수 있는 장점이있다. 이러한 태양전지의 에너지 변환 효율을 증가시키기 위한 방법으로 흡착된 염료에서 발생되는 광전자가 전해질의 산화, 환원되는 요오드 이온(I-/I3-)과의 재결합(recombination)현상으로 인해 광전변환효율이 떨어지는 현상이 발생한다. 이에 본 연구는 TiO2 전극 위에 높은 밴드 갭(band-gap)을 가지는 Al2O3 박막을 TriMethylAluminium(TMA) 전구체를 이용한 Atomic Layer Deposition(ALD) 공정을 사용하여 증착, 재결합 방지 효과에 대한 연구를 진행하였다.

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실리콘 기판의 산화층이 다중벽 탄소나노튜브 성장에 미치는 영향 (Effect of SiO2 Layer of Si Substrate on the Growth of Multiwall-Carbon Nanotubes)

  • 김금채;이수경;김상효;황숙현;;전민현
    • 한국재료학회지
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    • 제19권1호
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    • pp.50-53
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    • 2009
  • Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized on different substrates (bare Si and $SiO_2$/Si substrate) to investigate dye-sensitized solar cell (DSSC) applications as counter electrode materials. The synthesis of MWNTs samples used identical conditions of a Fe catalyst created by thermal chemical vapor deposition at $900^{\circ}C$. It was found that the diameter of the MWNTs on the Si substrate sample is approximately $5{\sim}10nm$ larger than that of a $SiO_2$/Si substrate sample. Moreover, MWNTs on a Si substrate sample were well-crystallized in terms of their Raman spectrum. In addition, the MWNTs on Si substrate sample show an enhanced redox reaction, as observed through a smaller interface resistance and faster reaction rates in the EIS spectrum. The results show that DSSCs with a MWNT counter electrode on a bare Si substrate sample demonstrate energy conversion efficiency in excess of 1.4 %.

TTIP를 이용한 저온소성용 TiO2 페이스트 최적화 (Optimized for Low-temperature Sintering of TiO2 Paste with TTIP)

  • 정유라;;구할본
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제26권8호
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    • pp.608-613
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    • 2013
  • In this paper, the low-temperature sintering of $TiO_2$ is approached to solve the problem of high temperature sintering which decreases the interconnection between particles or between substrate and particle. $TiO_2$ paste is prepared with Titanium (IV) isopropoxide as the precursor material and calcinate at different conditions (low temperature). In the results, since the changing of temperature and time of sintering, crystalline phase do not change and the intensities of anatase, rutile phase are higher. At $110^{\circ}C$, 7 h sintering condition, crystalline size of anatase and rutile phase are the smallest which are 13.07 and 17.47 nm, respectively. In addition, the highest zeta potential is about 32.77 mV and the repulsive force increases thus leading to the best of the dispersion characteristics between $TiO_2$ particles. Futhermore, DSSCs at that condition exhibits the highest efficiency with the values of $V_{oc}$, $J_{sc}$, FF and ${\eta}$ are 0.69 V, $8.60mA\;cm^{-2}$, 67.93% and 4.06%, respectively.

Synthesis and Characterization of Bis-Thienyl-9,10-anthracenes Containing Electron Withdrawing 2-Cyanoacrylic Acid or 2-Methylenemalononitrile Group

  • Wang, Yuan;Yu, Qu Feng;Park, Hea-Jung;Ryu, Suk-Hwa;Choi, Jung-Hei;Yoon, Ung-Chan
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제32권spc8호
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    • pp.3081-3089
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    • 2011
  • A series of new bis-thienylanthracene derivatives D1~D5 containing 9,10-antharcene moiety in the center and 2-methylenemalonotitrile or 2-cyanoacrylic acid functional group on the terminal thiophenes were synthesized and characterized by $^1H$-NMR and high-resolution mass spectroscopy. Their optical, electrochemical, and thermal properties were measured. They have absorption ${\lambda}_{max}$ in the range of 437~480 nm and max of $7.4{\times}10^3{\sim}2.0{\times}10^4M^{-1}cm^{-1}$. The substitution of 2-cyanoacrylic acid group allows greater value of ${\varepsilon}_{max}$ than that of 2-methylenemalonotitrile. TGA curves showed that D4 and D5 which have 2-cyanoacrylic acid functional group on the terminal thiophene(s) exhibit good thermal stability and D4 was thermally stable up to $400^{\circ}C$. Their optical properties and LUMO energy levels measured suggest that they can serve as potential candidates for electron donor materials of organic photovoltaic cells (OPVs) or D4 and D5 which contain 2-cyanoacrylic acid group can be used as organic dyes of dye-sensitized solar cells (DSSCs).