산란 입자를 포함하는 염료감응 태양전지용 TiO₂ 전극 제조
Fabrication of TiO₂ Electrode Containing Scattering Particles in Dye-Sensitized Solar Cells
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초록
염료 감응 태양 전지(Dye-Sensitized Solar Cells: DSSCs)의 에너지 변환효율은 TiO₂전극의 입자 크기, 구조및 표면 형태에 의존한다. 높은 비표면적을 갖는 나노 크기의 아나타제 TiO₂는 많은 염료를 흡착할 수 있어 변환효율을증가 시킨다. 또한 전극 내부에서 태양광의 산란을 증가 시키면, 염료가 태양광을 흡수하는 양이 증가하여 효율이 증가할수 있다. 수열 합성법으로 합성한 TiO₂분말의 크기는 15-25 nm이고, 결정상은 구형의 anatase 상이다. 0.4 μm의 TiO₂산란입자를 합성한 나노 크기의TiO₂분말에 혼합하여 전극을 제조하고, DSSCs를 제작한 후 변환효율을 측정하였다. 10%의 산란 입자가 포함된 DSSCs는 단락전류 3.51 mA, 개방전압 0.79 V, 곡선인자 0.619로 6.86%의 변환 효율을 나타 내었다. 산란 입자의 영향으로 단락전류밀도는 11% 증가하였고, 효율은 0.77% 증가하였다. 산란 입자가 포함되지 않은DSSCs 보다 산란 입자가 전극으로 들어온 태양광을 산란시켜 전자-홀 쌍의 생성을 증가 시키고, 전자가 전극을 따라 이동하는 경로가 감소하여 효율이 증가하였다. 10% 이상의 산란 입자는 전극 내부에 입자 크기의 큰 기공을 증가 시켜 효율이 감소하였다.
Abstract
The energy conversion efficiency of DSSCs (Dye-Sensitized Solar Cells) is dependent on the powder size,the structure, and the morphology of TiO₂electrode. The higher efficiency is obtained with high surface area of the nanoanatase-TiO₂powder adsorbed onto a lot more of the dye. Also, the enhancement of light scattering increases the efficiency with high adsorption of the dye. Powder size, crystalline phase, and shape of TiO₂obtained by hydrothermal method have 15-20 nm, anatase and round. TiO₂electrode has fabricated with the mixture of scattering TiO₂particle with 0.4 μm in nano-sized powder. Conversion efficiency of series of DSSCs was measured with volume fraction of scattering particle. Photovoltaic characteristics of DSSCs with 10% scattering particles are 3.51 mA for Jsc (short circuit current), 0.79 V for Voc(open circuit potential), filling factor 0.619 and 6.86% for efficiency. Jsc was improved by 11% and enhancement of efficiency by 0.77% compared with that of no scattering particles. The confinement of inserted light by light scattering particles has more increase of the injection of exiton(electron-hole pair) and decrease of moving path in electron. Efficiencies of DSSCs with more than 10% for scattering particles have reduced with increasing the pore in the TiO₂electrode.
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