태양전지 응용을 위한 나노구조 무기 박막의 제조

Abstract

염료 감응형 태양전지에 처음으로 종이를 도입하였다. 종이 염료 감응형 태양전지에서 종이는 전자 전달층에게 높은 표면적을 제공하여 많은 양의 염료를 흡착시키는 역할과 아이오딘 전해질과 만났을 때 전류의 증가를 보여준다. 본 연구에선 전자 전달층으로 ZnO를 사용하였으며 N3염료를 사용하였다. 이러한 효과로 인하여 3.26 % 의 광전 변환 효율을 얻었다. 태양전지로 응용 하기 위하여 나노 구조의 얇은 n-type 메탈 옥사이드 박막을 제조하였다. 많은 메탈 옥사이드 중에 SnO2와 ZnO는 가시광선 영역의 빛을 잘 흡수하여 광자를 전자로 바꾸어주는 염료로부터 전자를 잘 전달 받는 적당한 밴드갭 에너지를 가지고 있어 매우 유망한 메탈 옥사이드이다. 간단하며 정교한 방법으로 tin oxide 나노 입자를 제조하였다. 소재적인 측면에서 볼 때 새로운 물질을 새로운 방법으로 접근하여 제조한다는 것은 의미 있는 일이다. 전착법으로 제조된 tin oxide의 구조와 화학적, 광학적, 표면적인 특성을 분석하였다. 전착법으로 제조된 tin oxided의 구형 모양의 나노 입자는 ~12nm정도의 크기를 보였으며 5.472 mA• cm-2의 current density 를 보였으며 광전 변환 효율은 1 % 의 효율을 보였다. 상온에서 ZnO무기 박막을 제조하였다. 상온에서 얇은 무기 박막을 제조하는 것은 높은 온도를 가할수 없는 flexible 염료 감응형 태양전지를 만들기 위해 매우 중요하다. 일반적인 높은 온도를 가하는 방법 대신에 상온에서 화학적으로 표면을 처리하는 방법을 고안하였다. 화학적 산화 방법으로 인하여 표면을 산화 시켜 염료가 흡착하기 좋은 환경을 만들었고 Zn(OH)2에서 ZnO로 만들어 광전 효율도 높일 수 있었다. 결과적으로 N3 염료를 사용하여1 % 정도의 염료감응형 태양전지를 제조하였다.