• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.75.1-75.1
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• 2010

Dye sensitized solar cells(DSSCs) have been extensively studied due to their various advantages such as low production cost, colorful design, and eco-friendly process. Long optical path length is one of the most effective method to improve light harvest efficiency for DSSCs. Multi-layered $TiO_2$ nano-structured film with scattering layer has been studied to generate scattering effect by many researchers. It was expected that the difference of refractive index between $TiO_2$ particles and glass frit would generate the light scattering effect and provide the long optical path length. Therefore, to enhance the scattering effect, the frits of $Bi_2O_3-B_2O_3$-ZnO glass system that has the different refractive index were added to $TiO_2$ pastes in this study. First of all, the absorbance and haze factor of $TiO_2$ electrode with dyes and the refractive index of glass frit and $TiO_2$ were measured, respectively. To study the effect of frits, the efficiencies of DSSCs added glass frit and without glass frit were compared. Our results showed slightly higher efficiency with the different absorbance and haze factor of $TiO_2$ and glass frit. It was considered that the light scattering effect would be improved with adding frits to $TiO_2$ paste. Our preliminary studies will be useful for increasing efficiency of DSSCs.

• 멤브레인
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• 제20권1호
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• pp.13-20
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• 2010

염료감응형 태양전지를 위한 고분자 전해질막을 제조하였다. 고분자물질로는 Poly(ethylene oxide) (PEO)를 사용하였으며, 가소제로서 poly(ethylene glycol) (PEG)를 첨가하였고, 전해질염 및 $I^-/{I_3}^-$의 공급원으로서 KI 및 $I_2$를 첨가하여 고분자 전해질막을 제조하였으며, 이와 같은 고분자 전해질막을 바탕으로 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 고분자 전해질 내의 가소제로서의 PEG 함량은 0%에서 85%의 범위로 변화하였다. 이러한 PEG 함량 전 구간에서 고분자 전해질막은 그 형태를 자체적으로 유지하는(self supporting) 완벽한 고체 전해질막의 형태로 제조되었다. PEG 함량이 증가하면서 전해질막을 통한 이온전도도와 ${I_3}^-$ 이온의 확산도계수는 증가하였다. 염료감응형 태양전지에 있어서는 고분자 전해질막 내의 PEG 함량이 증가하면서 그 효율이 증가함을 볼 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.51-51
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• 2011

1991년 스위스연방기술원(EPFL) 화학과 교수 Michae Gratzel이 발명한 염료감응 태양전지 (DSSC)는 값싼 원료와 저가공비 면에서 가장 경쟁력 있는 기술의 하나로 큰 기대를 받고 있다. 염료감응 태양전지의 특징은 전극기판의 재료나 염료를 바꿈으로서 형상이나 색체에 다양성을 갖도록 할 수 있다. 일반적인 염료감응 태양전지의 원리는 태양광이 염료 분자에 흡수, 염료는 여기상태가 되어 전자를 n형 반도체인 $TiO_2$의 전도대로 흘리고, 전자는 TCO전극으로 이동하여 외부 부하에 전기 에너지를 전달하고 상대전극으로 이동, 염료는 $TiO_2$에 전달한 전자 수만큼 전해질로부터 전자를 공급 받아 원래의 상태로 돌아가게 되는 원리에 의하여 발전된다. 전해질로는 $I^-/I_3^-$와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, $I^-$ 이온의 source로는 LiI, NaI,이미다졸리움 요오드 등이 사용되며, $I_3^-$는 이온은 $I_2$를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. 액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높은 에너지 변환 효율이 가능하지만, 전극 간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제를 가지고 있다. 반면, 고분자를 매질로 채택할 경우에는 누액의 염료는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지 변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 본 연구는 염료감응 태양전지에서 가장 큰 문제가 되고 있는 고체 전해질의 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 dimethylsulfoxide solvent 에 녹말 일정량을 녹여 Starch-$I_2$ complex 를 시켜주므로, 광 전압{\cdot}{\cdot}$전가 증가되었으며, 전지의 안정성이 향상되었다.

• 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 %.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.8.1-8.1
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• 2011

Nanocrystalline titanium dioxide ($TiO_2$) materials have been widely used as an electron collector in DSSC. This is required to have an extremely high porosity and surface area such that the dye can be sufficiently adsorbed and be electronically interconnected, resulting in the generation of a high photocurrent within cells. In particular, their geometrical structures and crystalline phase have been extensively investigated as important issues in improving its photovoltaic efficiency. In this study, we present a new strategy to fabricate a photoelectrode having a periodic structured $TiO_2$ film templated from 1D or 3D polystyrene (PS) microspheres array. Monodisperse PS spheres of various radiuses were used for colloidal array on FTO glasses and two types of photoelectrode structures with different $TiO_2$ materials were investigated respectively. One is the igloo-shaped electrode prepared by $TiO_2$ deposition by RF-sputtering onto 2D microsphere-templated substrates. At the interface between the film and substrate, there are voids formed by the decomposition of PS microspheres during the calcination step. These holes might be expected to play the predominant roles as scattering spherical voids to promote a light harvesting effect, a spacious structure for electrolytes with higher viscosity and effective paths for electron transfer. Additionally the nanocrystalline $TiO_2$ phase prepared by the RF-sputtering method was previously reported to improve the electron drift mobility within $TiO_2$ electrodes. This yields solar cells with a cell efficiency of 2.45% or more at AM 1.5 illumination, which is a very remarkable result, considering its $TiO_2$ electrode thickness (<2 ${\mu}m$). This study can be expanded to obtain higher cell efficiency by higher dye loading through the increase of surface area or multi-layered stacking. The other is the inverse opal photonic crystal electrode prepared by titania particles infusion within 3D colloidal arrays. To obtain the enlargement of ordered area and high quality of crystallinity, the synthesis of titania particles coated with a organic thin layer were applied instead of sol-gel process using the $TiO_2$ precursors. They were dispersed so well in most solvents without aggregates and infused successfully within colloidal array structures. This ordered mesoporous structure provides the large surface area leading to the enough adsorption of dye molecules and have an light harvesting effect due to the photonic band gap properties (back-and-forth reflection effects within structures). A major advantage of this colloidal array template method is that the pore size and its distribution within $TiO_2$ photoelectrodes are determined by those of latex beads, which can be controlled easily. These materials may have promising potentials for future applications of membrane, sensor and so on as well as solar cells.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.1485-1486
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• 2011

A layer of $TiO_2$ thin film less than ~500nm in thickness, as a blocking layer, was coated by sol-gel method directly onto the anode electrode to be isolated from the electrolyte in dye-sensitized solar cells (DSCs). This is to prevent the electrons from back-transferring from the electrode to the electrolyte (I-/I3-). The effects of heat treatment conditions of the gel and as-coated film on the thickness and consolidation to substrate were studied. The flexible DSCs were fabricated with working electrode of Ti thin foil coated with blocking $TiO_2$ layer, dye-attached mesoporous $TiO_2$ film, gel electrolyte and counter electrode of Pt-deposited indium doped tin oxide/polyethylene naphthalate (ITO/PEN). The photo-current conversion efficiency of the cell was 5.3% ($V_{oc}=0.678V$, $J_{sc}=12.181mA/cm^2$, ff=0.634) under AM1.5, 100 mW/$cm^2$ illumination.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권2호
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• pp.179-186
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• 2006

$TiO_2$를 나노튜브(nanotube)와 나노입자(nanoparticle)의 두 가지 형태로 제조하여 닥터 브레이드 방법과 $450^{\circ}C$에서의 소결 공정을 통하여 다공성막으로 제조하였다. 이 다공성막을 작용물질로 사용하여 염료감응형 태양전지를 제조하고 그 특성을 조사하였다. $TiO_2$ 나노입자는 수소화 티탄염 나노튜브를 $180^{\circ}C$에서 24시간 동안 가수열분해 처리함으로써 합성하였다. 이 $TiO_2$ 나노입자를 다공성막으로 사용하여 제작한 염료감응형 태양전지의 에너지 효율(${\eta}$)은 8.07％이며, 개방전압(open-circuit potential, $V_{OC}$), 단락전류(short-circuit current, $I_{SC}$)와 fill factor(FF) 값은 각각 0.81 V, $18.29mV/cm^2$와 66.95％이었다. 나노튜브 $TiO_2$를 제조할 경우에는 NaOH 용액의 농도를 3M과 5M로 변화시켰다. 그 결과 3M NaOH 용액에서 합성된 나노튜브 $TiO_2$를 다공성막으로 사용하여 제작된 염료감응형 태양전지의 에너지 효율(${\eta}$)은 6.19％이었으며, $V_{OC}$, $IV_{SC}$와 FF 값은 각각 0.77 V, $12.41mV/cm^2$와 64.49％이었다. 반면에 5 M NaOH에서는 전자이동성이 좋지 않아 효율이 4.09％로 감소하였다. 본 연구 결과 가수열분해법에 의해 제조한 $TiO_2$ 나노입자로 제조한 염료감응형 태양전지의 효율이 가장 높았다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권2호
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• pp.534-537
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• 2019

광학적 손실은 태양전지 표면에 조사되는 빛이 태양전지 내부로 흡수되지 않고 표면에서 반사되어 발생하는 손실이다. 이러한 빛의 반사로 인한 광학적 손실을 줄이고 태양전지의 변환 효율을 높이기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 유리기판 표면을 습식 식각을 사용하여 표면을 거칠게 형성해 식각된 표면의 구조적 특성을 평가하였고, 분광기를 통해 식각된 표면의 광학적 특성을 분석하였다. 식각을 통해 형성되는 분화구 모양의 거친 표면은 입사되는 빛을 태양전지 내부로 재흡수하여 빛의 반사를 줄어들었고, 이에 따라 투과되는 빛이 증가하였음을 확인하였다.

• 전기학회논문지
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• 제60권1호
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• pp.100-104
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• 2011

In this work, an optimum condition of electrolytes preparation for photovoltaic cells application was investigated experimentally in terms of impedance and conversion efficiency of the cells. 3-methoxyppropionitrie and redox pairs with LiI and $I_2$ were used as stable solvents for fabrication of electrolyte. Efficiency comparison of the prepared cells carried out for various additives and ionic liquids. From the results, there was an optimum concentration (about 0.3 M) of ionic liquids for efficient cell fabrication. For case of electrolyte using single DMAp additive, the maximum conversion efficiency of the cell was 6.4%($V_{oc}$: 0.78V, $J_{sc}$: 14.4 mA/$cm^2$, ff: 0.57). For case of electrolyte using both DMAp and CEMim additives, the maximum conversion efficiency of the cell was 7.2%($V_{oc}$: 0.79V, $J_{sc}$: 16 mA/$cm^2$, ff: 0.57). From the result of electrochemical impedance measurement, both Z1 and Z3 values of binary additives-based cell decreased compared to those of single additive-based. This is due to the decreased in internal and charge transfer resistivities of the cells.

• Elastomers and Composites
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• 제47권1호
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• pp.2-8
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• 2012

본 연구에서는 식물성 오일로부터 여러 가지 기능기를 가진 soybean resin(AESO, MAESO)을 제조하였으며, nanoclay를 사용하여 새로운 고기능성 바이오-나노 복합 재료를 개발하였다. 또한 제조된 soybean resin을 바인더로 이용하여 $TiO_2$ 광전극을 제조하고 친환경 염료감응형 태양전지를 개발하다. 제조된 나노복합재료의 형태는 고분자의 삽입에 의해 층간 간격이 증가된 형태와 박리된 형태를 조절하였으며 나노 클레이 함량이 증가됨에 따라 물리적 성질이 증가하였다. 또한 COOH기가 첨가된 MAESO에서 분산도가 향상되었고 초음파 처리에 의해 분산도가 더욱 향상되어 물리적 특성이 현저히 향상되었다. 또한 $TiO_2$를 질산처리 한 후 soybean resin을 바인더로 이용하여 나노 다공성 $TiO_2$ 광전극을 제조하였으며 염료를 흡착시킨 후 염료감응형 태양전지를 제조하였다. AESO와 MAESO를 바인더로 제조한 $TiO_2$ 광전극에서는 향상된 분산성과 표면적 증가로 인해 염료 흡착량이 증가하였다. 이로 인해 높은 전류밀도를 나타내었으며, 첨가된 기능기의 영향으로 $TiO_2$ 계면의 저항이 낮아져 매우 좋은 광전기화학적 특성과 높은 효율을 나타내었다.