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졸겔 연소법을 이용한 염료감응 태양전지용 나노다공질 구조 TiO₂ 제작
韓治煥(Chi-Hwan Han),成烈汶(Youl-Moon Sung) 대한전기학회 2009 전기학회논문지 Vol.58 No.2
Nano-porous TiO₂ powder was fabricated using Acetylene black, applied photovoltaic device based on the Dye-sensitized Solar Cells (DSCs) was investigated experimentally. TiO₂-powder was fabricated using Ti-isopropoxide and 2-propanol by sol-gel combustion method. For cases of variable Acetylene black, characteristic of porosity, size of particle and crystallite of obtained TiO₂ nano-powder was investigated. The photovoltaic efficiency of the prepared DSCs was measured using TiO₂ film which prepared on each different heat treatment temperature(400℃~700℃) with paste of TiO₂ powder. The porosity and size of particle of TiO₂ powder made with Acetylene black 0.4g was influenced significantly effect to DSCs characteristic. Heat treatment at 500℃ makes the better photovoltaic efficiency which 5.02%(Jsc=11.79㎃/㎠, Voc=0.73V, ff=0.58). The sol-gel combustion method was useful to DSCs fabrication.
산화물박막 증착에 의한 금속 메쉬전극 구조 광전기화학셀의 효율 개선에 관한 연구
한치환(Chi-Hwan Han),박선희(Seon-Hee Park),성열문(Youl-Moon Sung) 대한전기학회 2011 전기학회논문지 Vol.60 No.3
In this work, the TiO₂ and SnO₂ thin films as blocking layers were coated directly onto the metal-mesh electrode surface to prevent unnecessary inflow of back-transfer electrons from the electrolyte (I-/I₃-) to the metal-mesh electrode. The DSCs were fabricated with working electrode of SUS mesh coated with blocking TiO₂ and SnO₂ layers, dye-attached mesoporous TiO₂ film, gel electrolyte and counter electrode of Pt-deposited F:SnO₂. From the experimental result, it was ascertained that the efficiency of metal electrode coated with TiO₂ by Dip-coating was superior to that of metal electrode coated with SnO₂ by Dip-coating and screen printing with the results of experiments. The photo-current conversion efficiency of the cell obtained from optimum fabrication condition was 3% (Voc=0.61V, Jsc=11.64 ㎃/㎠, ff=0.64) under AM1.5, 100 ㎽/㎠ illumination.
한치환(Chi-Hwan Han),이학수(Hak-Soo Lee) 한국태양에너지학회 2009 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.- No.-
The effect of addition of single and binary additives on the performance of dye-sensitized TiO₂ solar cells based on 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide (DMPII) in ethylene carbonate (EC) and gamma-butyrolactone (GBL) has been evaluated at different cell temperatures in the 30-120℃ range. The electrolyte containing a single additive, 2-(dimethylamino)-pyridine (DMAP) showed best performance, which showed further enhancement for an electrolyte containing binary additives, DMAP and 5-chloro-1-ethyl-2-methylimidazole (CEMI) in equal molar ratio. The performance of the dye sensitized solar cell (DSC) based on electrolyte containing binary additives were found to be better than an acetonitrile based electrolyte. The dependence of different photovoltaic parameters (V℃, Jsc, ff, n) of the DSC upon temperature has been studied over the 30-120℃ range and only a small decrease in conversion efficiency has been observed. Thus the electrolyte containing binary additives (DMAP, CEMI) in EC/GBL solvent and show better performance in the investigated temperature range (30-120℃).
전기화학형 광전변환 셀의 고효율 전해질 제작에 관한 실험적 고찰
김두환(Doo-Hwan Kim),한치환(Chi-Hwan Han),성열문(Youl-Moon Sung) 대한전기학회 2011 전기학회논문지 Vol.60 No.1
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 I₂ 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%(Voc: 0.78V, Jsc: 14.4 ㎃/㎠, ff: 0.57). For case of electrolyte using both DMAp and CEMim additives, the maximum conversion efficiency of the cell was 7.2%(Voc: 0.79V, Jsc: 16 ㎃/㎠, 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.
Nb₂O? 차단막 형성이 염료감응 태양전지 효율에 미치는 영향
배상훈(Sang-Hoon Bae),한치환(Chi-Hwan Han),조태연(Tae-Yeon Cho),홍영식(Young-Sic Hong) 한국태양에너지학회 2010 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
염료감응 태양전지에서 나노 결정 산화물 반도체 표면에 흡착된 염료분자가 가시광선을 흡수하면 전자는 HOMO에서 LUMO로 전이하고 이 들뜬 상태의 전자는 다시 에너지 준위가 낮은 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 나노입자간 계면을 통하여 투명 전극으로 확산, 전달되고 산화된 염료분자는 전해질 I?에 의해 다시 환원되어 중성 분자가 된다. 그러나 표면상태 전자 중 일부는 산화된 염료와 다시 결합하거나, 전해질의 I₃? 이온을 환원시키기도 한다. 이와 같은 과정은 암전류를 증가시키면서 염료감응 태양전지 광전변환 효율을 떨어뜨리는 주요한 원인이 된다. 본 연구에서는 투명전극 표면에 전자의 재결합 현상을 방지하기 위한 차단막을 코팅하여 염료감응 태양전지 효율에 미치는 영향을 알아보았다. Nb₂O? 졸을 스크린 프린팅 방법으로 코팅하여 차단막을 형성하였으며, 반응시간이 증가함에 따라 차단막 두께가 형성됨을 확인하였다. Ⅰ-Ⅴ 측정 결과 반응시간 50분, 약300㎚ 두께의 차단막을 형성 했을 때 광전변환 효율이 가장 높음을 확인 할 수 있었고, 가장 좋은 효율은 9.89 % (전류밀도 19.43 ㎃/㎃, 개방전압 0.72 V, fill factor = 0.72)였다. A protecting layer of Nb2O5 was coated on the FTO glass by sol-gel method to protect a back electron transfer reaction from the conduction band of FTO to redox couple in electrolyte. The thickness of the protection layer was controlled by the reaction time of sol. The thicknesses of the films increased from 200 ㎚ to 400 ㎚ as reaction time increased from 30 min to 70 min. Ⅰ-Ⅴ test of the cells with Nb₂O? coated electrodes showed better photon to current conversion efficiency than the cell without protecting layer. The best cell efficiency of 8.89% (Jsc = 19.43 mA/㎠, Voc = 0.72 V, FF = 0.63) was obtained with the sol of 50 min.
염료 감응형 태양전지 효율 향상을 위한 졸-겔법을 이용한 차단막 코팅 방법
배상훈(Bae, Sang-Hoon),한치환(Han, Chi-Hwan),김도진(Kim, Do-Jin) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
현재 태양광 시장에 진출한 대부분의 Si계열 태양전지는 복잡한 공정과 원재료 고갈, 높은 가격으로 인해 한계에 직면에 있는 상태이다. 최근 많은 연구소나 학교에서는 기존의 Si계열 태양전지를 대체할 대안으로 염료 감응형 태양전지에 대해서 높은 관심을 보이고 있으며, 그동안의 연구개발로 단위 셀 면적에서는 상용화에 근접한 효율을 확보한 상태이다. 염료 감응형 태양전지의 작동과정을 간단히 단계별로 살펴보면 나노 결정 산화물 반도체 표면에 흡착된 염료분자가 가시광선을 흡수하면 전자는 HOMO에서 LUMO로 천이하고 이 들뜬 상태의 전자는 다시 에너지 준위가 낮은 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 나노 입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 확산, 전달되고 산화된 염료분자는 전해질 I-에 의해 다시 환원되어 중성 분자가 된다. 그러나 표면상태 전자 중 일부는 산화된 염료와 다시 결합하거나, 전해질의 I^{3-} 이온을 환원시키기도 한다. 이와 같은 과정은 암전류를 증가시키면서 반도체 전극 막의 성능을 저해하는 주원인이 된다. 전자의 재결합은 투명 전극을 통해서도 가능하기 때문에 투명 전극에 얇은 blocking layer를 도포한 후 나노 결정 산화물 반도체 전극을 제작하면 전지 특성을 향상시킬 수 있다. 본 실험에서 우리는 졸-젤 법으로 TiO₂ blocking layer 졸을 만들었고 간단하며 저가공정이 가능한 스크린 프린팅 방법으로 blocking layer를 형성하는 실험을 진행하였다. 전도띠 에너지가 높은 반도체 물질로 표면을 처리하면 TiO₂-전해질 간 계면에 에너지 장벽이 형성되어 재결합을 줄여 모든 광전특성이 향상 되었다.