• 제목/요약/키워드: photoelectrode

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염료감응형 태양전지용 질산 전처리된 $TiO_2$ 광전극의 전기화학적 특성 (Electrochemical Properties of HNO3 Pre-treated $TiO_2$ Photoelectrode for Dye-SEnsitized Solar Cells)

  • 박경희;김은미;구할본
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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    • pp.441-441
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    • 2009
  • Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been widely investigated as a next-generation solar cell because of their simple fabrication process and low coats. The cells use a porous nanocrystalline TiO2 matrix coated with a sensitizer dye that acts as the light-harvesting element. The photo-exited dye injects electrons into the $TiO_2$ particles, and the oxide dye reacts with I- in the electrolyte in regenerative cycle that is completed by the reduction of $I_3^-$ at a platinum-coated counter electrode. Since $TiO_2$ porous film plays a key role in the enhancement of photoelectric conversion efficiency of DSSC, many scientists focus their researches on it. Especially, a high light-to-electricity conversion efficiency results from particle size and crystallographic phase, film porosity, surface structure, charge and surface area to volume ratio of porous $TiO_2$ electrodes, on which the dye can be sufficiently adsorbed. Effective treatment of the photoanode is important to improve DSSC performance. In this paper, to obtain properties of surface and dispersion as nitric acid treated $TiO_2$ photoelectrode was investigate. The photovoltaic characteristics of DSSCs based the electrode fabricated by nitric acid pre-treatment $TiO_2$ materials gave better performances on both of short circuit current density and open circuit voltage. We compare dispersion of $TiO_2$ nanoparticles before and after nitric acid treatment and measured Ti oxidized state from XPS. Low charge transfer resistance was obtained in nitric acid treated sample than that of untreated sample. The dye-sensitized solar cell based on the nitric acid treatment had open-circuit voltage of 0.71 V, a short-circuit current of 15.2 mAcm-2 and an energy conversion efficiency of 6.6 % under light intensity of $100\;mWcm^{-2}$. About 14 % increases in efficiency obtained when the $TiO_2$ electrode was treated by nitric acid.

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산처리된 페이스트로 제조한 나노 구조체 TiO2 전극이 염료감응형 태양전지의 효율에 미치는 영향 (Influence of Nanostructured TiO2 Electrode Fabricated with Acid-treated Paste on the Photovoltaic Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cells)

  • 이재욱;황경준;노성희;김선일
    • 공업화학
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    • 제18권4호
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    • pp.356-360
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    • 2007
  • 나노 다공질 $TiO_2$ 전극막, 광 감응형 염료, 전해질 그리고 상대전극으로 구성된 염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)는 최근에 많은 관심을 받아오고 있다. 염료감응형 태양전지에서 $TiO_2$ 전극막은 태양광의 흡수량을 증가시키기 위해 가능한 많은 양의 Ru 착물을 표면에 흡착시켜야 하는데 이를 위해 높은 비표면적과 나노 다공성 입자로 구성된 광전극이 요구된다. 또한 에너지 전환 효율을 증가시키기 위한 방법으로 $TiO_2$ 페이스트의 제작시 산을 첨가 후 열처리하는 방법이 보고되고 있다. 이 논문에서는 산이 첨가된 페이스트로 제조한 $TiO_2$ 광전극이 염료감응형 태양전지의 에너지 변환 효율에 미치는 영향을 체계적으로 이해하기 위해 FE-SEM, XPS, EXAFS 그리고 AFM 등을 이용하여 제조된 광전극의 물리적 화학적 특성을 조사하였다. 또한 광전류-전압 곡선으로부터 산처리된 페이스트를 이용하여 제조한 염료감응형 태양전지의 에너지 전환효율을 평가하였다. 산처리된 페이스는 염료감응형 태양전지의 에너지 전환효율에 크게 영향을 미침을 알 수 있었다.

NiO-$TiO_2$ 광전극을 이용한 염료감응형태양전지의 전기화학적 특성 (Electrochemical Properties of Photoelectrode using NiO-$TiO_2$)

  • 박경희;김은미;조흥관;박아름;왕교;구할본
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.68.1-68.1
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    • 2010
  • 염료감응형 태양전지에서 가능한 광전자의 이동경로에 대해 살펴보면 빛 에너지를 흡수한 루테늄계 염료는 기저상태에서 여기상태로 전이한 후 광전자의 반도체 전도띠로 전자주입이 이루어진다. 이러한 전자 중 일부는 반도체산화물의 트랩으로의 전이와 트랩에서 염료 기저상태로의 전이가 일어나고 일부 전자는 전해질의 이온종 또는 산화된 염료와 재결합하는 현상이 일어난다. 본 연구에서는 이러한 전자의 재결합을 막고자 p형 반도체인 NiO paste를 제작하여 $TiO_2$ 광전극 층 위에 코팅하였다. 코팅된 NiO 층은 홀수용체로서 염료에 전자를 제공해 주는 역할과 동시에 $TiO_2$ 가전도대로 이동되었던 전자들이 염료의 기저상태의 홀이나 전해질로의 전자 유입이 이루어지는 전자의 재결합을 막는 방벽의 역할을 동시에 하게 된다. 제작된 염료감응형 태양전지 셀의 에너지 변환효율 특성을 알아보기 위하여 1000 W Xe Arc Lamp와 Air Mass 1.5, filter가 장착된 Thermo-Preal (USA) Solar simulator system을 사용하여 개방전압 (Voc), 광전류 (Isc), fill factor (FF), 에너지변환 효율 (${\eta}$)을 조사하였으며 광학현미경을 통해 염료의 흡착 정도를 비교해 보았다. NiO의 코팅 두께나 NiO 나노입자 크기에 따라 염료감응형태양전지에서 에너지변환효율에 미치는 영향을 조사하였다. NiO가 코팅되지 않은 $TiO_2$ 광전극과 비교해 볼 때 NiO 코팅시 Voc와 Isc의 증가로 인해 에너지변환효율이 20% 이상 향상되는 것을 볼 수 있었다.

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ZnO로 후처리된 TiO2 광전극을 이용한 고효율의 염료감응형 태양전지의 개발 (Development of Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells Using ZnO Post-Treated TiO2 Photoelectrodes)

  • 박준용;윤병로;김태오
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제28권4호
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    • pp.419-425
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    • 2017
  • In this study, an efficient dye-sensitive solar cells (DSSC) was developed after post-treatment of ZnO on $TiO_2$ photoelectrode. The $TiO_2$ electrode with ZnO post treatment was prepared with Titanium isoporopoxide in Zinc Nitrate Hexahydrate aqueous solution by incineration for 30 min at $450^{\circ}C$. The ZnO-post treated $TiO_2$ electrode showed strong dispersion force between particles in relation to the control $TiO_2$, referring high specific surface area and dye-adsorption rate. Proper addition of ZnO enhanced electron mobility and reduced internal resistance and electron recombination. Light conversion efficiency of DSSCs containing the ZnO-posttreated $TiO_2$ electrode increased 35.4% when compared to the DSSCs using $TiO_2$ electrode. It is similar to the DSSCs with $TiCl_4$ post treatment $TiO_2$ electrode. Increasing of light conversion efficiency was due to high specific surface area and dispersion force, and low dye-adsorption rate and electron recombination. Taken together, ZnO may be used as posttreatment of photoelectrode and replaced $TiCl_4$ that has high toxicity and causticity.

$TiO_2$ 매트릭스에 나노사이즈의 귀금속 분산과 광전극 특성 (Dispersion of nanosized noble metals in $TiO_2$ matrix and their photoelectrode properties)

  • 윤종원
    • 한국결정성장학회지
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    • 제19권5호
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    • pp.251-255
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    • 2009
  • 나노사이즈의 귀금속을 $TiO_2$ 매트릭스에 균질하게 분산 시킨 구조는 염료감응형 태양전지의 유망한 광전극 특성을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 이와 같은 금 및 백금 나노미립자를 균질하게 분산된 구조의 광전극을 제작하기 위하여 석영 및 ITO 기판위에 동시스퍼터법에 의하여 박막을 합성 하였다. XRD분석을 통하여 상분석을 수행 한 결과 합성된 나노컴포지트는 Rutile상이 지배적인 결정 구조를 나타냈으며 열처리를 $600^{\circ}C$까지 진행함에 따라 $TiO_2$ 결정성의 향상 및 귀금속인 금 및 백금의 나노미립자가 증가 하는 결과를 나타내었다. 귀금속인 금 및 백금이 분산된 $TiO_2$ 광전극에서는 자외선(UV) 영역을 포함하여 가시광(VIS) 영역의 빛의 조사에 광전류 응답 특성을 발현 하였다. 가시광선 영역에서 발현된 광전류 응답 특성은 나노사이즈로 분산된 금 및 백금 금속과 $TiO_2$와의 계면 준위에 기인 한 것으로 판명 되었다.

염료감응형 태양전지의 광전극 적용을 위한 $TiO_2$ nanoparticle 특성 분석 (Study on $TiO_2$ nanoparticle for Photoelectrode in Dye-sensitized Solar Cell)

  • 조슬기;이경주;송상우;박재호;문병무
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.57.2-57.2
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    • 2011
  • Dye-sensitized solar cells (DSSC) have recently been developed as a cost-effective photovoltaic system due to their low-cost materials and facile processing. The production of DSSC involves chemical and thermal processes but no vacuum is involved. Therefore, DSSC can be fabricated without using expensive equipment. The use of dyes and nanocrystalline $TiO_2$ is one of the most promising approaches to realize both high performance and low cost. The efficiency of the DSSC changes consequently in the particle size, morphology, crystallization and surface state of the $TiO_2$. Nanocrystalline $TiO_2$ materials have been widely used as a photo catalyst and an electron collector in DSSC. Front electrode in DSSC are required to have an extremely high porosity and surface area such that the dyes can be sufficiently adsorbed and be electronically interconnected, resulting in the efficient generation of photocurrent within cells. In this study, DSSC were fabricated by an screen printing for the $TiO_2$ thin film. $TiO_2$ nanoparticles characterized by X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscope (SEM) and scanning auger microscopy (SAM) and zeta potential and electrochemical impedance spectroscopy(EIS).In addition, DSSC module was modeled and simulated using the SILVACO TCAD software program. Improve the efficiency of DSSC, the effect of $TiO_2$ thin film thickness and $TiO_2$ nanoparticle size was investigated by SILVACO TCAD software program.

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염료감응형 태양전지의 광전기적 특성 개선을 위한 금속산화물 나노파이버의 응용 (Application of Metal Oxide Nanofiber for Improving Photovoltaic Properties of Dye-Sensitized Solar Cells)

  • 동영상;김은미;정상문
    • 청정기술
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    • 제24권3호
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    • pp.249-254
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    • 2018
  • 염료감응형 태양전지의 광전변환효율(${\eta}$) 향상을 위하여 수열합성한 $TiO_2$ 나노입자에 전기방사한 $TiO_2$, $SiO_2$, $ZrO_2$$SnO_2$ 나노파이버를 첨가하여 광전극에 적용하였다. $TiO_2$ 나노파이버를 첨가한 염료감응형 태양전지는 순수한 $TiO_2$ 나노입자에 비해 높은 전류밀도($J_{sc}$)를 나타내었고 이것은 나노파이버 구조로 인하여 염료에서 여기된 전지의 전달 특성이 용이하여 나타난 현상으로 생각된다. 또한 $SiO_2$ 나노파이버를 첨가한 염료감응형 태양전지의 경우, 순수한 $TiO_2$ 나노입자를 이용한 것에 비해 보다 높은 0.67 V의 개방전압($V_{oc}$)을 나타내었고 에너지 변환효율 또한 6.24%로 가장 높게 나타났다.

양극산화법에 의한 TiO2 나노튜브 어레이의 제조 및 광전기화학적 특성에 관한 연구 (Fabrication of TiO2 Nanotube Arrays by Anodic Oxidation Method and its Photoelectrochemical Properties)

  • 김선민;조권구;최영진;김기원;류광선
    • 한국분말재료학회지
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    • 제17권3호
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    • pp.216-222
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    • 2010
  • Self-standing $TiO_2$ nanotube arrays were fabricated by potentiostatic anodic oxidation method using pure Ti foil as a working electrode and ethylene glycol solution as electrolytes with small addition of $NH_4F$ and $H_2O$. The influences of anodization temperature and time on the morphology and formation of $TiO_2$ nanotube arrays were investigated. The fabricated $TiO_2$ nanotube arrays were applied as a photoelectrode to dye-sensitized solar cells. Regardless of anodizing temperature and time, the average diameter and wall thickness of $TiO_2$ nanotube show a similar value, whereas the thickness show a different trend with reaction temperature. The thickness of $TiO_2$ nanotube arrays anodized at $20^{\circ}C$ and $30^{\circ}C$ was time-dependent, but on the other hand its at $10^{\circ}C$ are independent of anodization time. The conversion efficiency is low, which is due to a morphology breaking of the $TiO_2$ nanotube arrays in manufacturing process of photoelectrode.

Nb2O5-TiO2 화합물을 이용한 염료감응형 태양전지의 성능 향상 (The Enhancement of the Performance of Dye Sensitized Solar Cells Using Nb2O5-TiO2 Compound)

  • 최석원;서현웅;손민규;김수경;홍나영;김희제;김종락
    • 전기학회논문지
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    • 제61권8호
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    • pp.1153-1158
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    • 2012
  • Niobium oxide ($Nb_2O_5$) has a strong chemical coherence and good electrical conductivity. Therefore, this material is helpful to enhance the performance of the dye sensitized solar cells (DSC) by improving the electron mobility. In this study, $Nb_2O_5$ was mixed with $TiO_2$ and this compound was applied to the DSC to improve its performance. As a result, the current density of the DSC using the $Nb_2O_5-TiO_2$ compound on the photoelectrode was increased, because the internal resistance concerned to the electron transfer in the photoelectrode of DSC was decreased. However, large amount of the $Nb_2O_5$ induces the decrease of the efficiency of the DSC because the surface area to attach dye molecules is decreased due to the large particle of $Nb_2O_5$. Therefore, it is important to optimize the mixture ratio of the $Nb_2O_5-TiO_2$ compound for maximizing the performance of the DSC. Finally, the most optimum performance of the DSC was shown in case of the $Nb_2O_5$ concentration of 10 wt% of the $Nb_2O_5-TiO_2$ compound.

티타늄이 증착된 유리를 사용한 FTO-less 염료감응형 태양전지에 관한 연구 (A Study on FTO-less Dye Sensitized Solar Cell with Ti Deposited Glass)

  • 박송이;서현웅;손민규;김수경;홍나영;송정윤;프라바카르;김희제
    • 전기학회논문지
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    • 제62권2호
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    • pp.208-212
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    • 2013
  • Dye-sensitized solar cells (DSCs) have taken much attention due to their low cost and easy fabrication method compare to silicon solar cells. But research on cost effective DSC is prerequisite for commercialization. Fluorine doped tin oxide (FTO) which have been commonly used for electrode substrate as electron collector occupied most percentage of manufacturing cost. Therefore we studied FTO-less DSC using sputtered Ti deposited glass as photoelectrode instead of FTO to reduce manufacturing cost. Ti films sputtered on the glass for different time, 5 to 20 minutes with decreasing sheet resistance as deposition time increases. A light source illuminated to counter electrode in order to overcome opaque Ti films. The efficiency of DSC (Ti20) made Ti sputtered glass for 20 min as photoelectrode was 5.87%. There are no significant difference with conventional cell despite lower manufacturing cost.