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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 金煥圭
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 고려대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수0
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2012
N -doped anatase TiO₂ nanoparticles with hole-conducting coadsorbents for highly efficient DSSCs
김상균
,
최인택
,
주명종
외 1명
한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집
2012.10
학술대회자료
Nb-doped anatase TiO2 nanoparticles with hole-conducting coadsorbents for highly efficient DSSCs
김상균
,
최인택
,
주명종
외 1명
한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집
2012.04
학술대회자료
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기술발전에 따라 사회는 운송, 에너지 공급등에 막대한 외부 에너지를 사용하고 있습니다. 대부분의 에너지는 화석연료를 통해 사용되어 왔는데, 이에따른 온실 가스의 발생으로 인한 지구 온난화 문제 및 화석연료의 고갈에 따른 신재생에너지의 개발이 요구되어 왔습니다. 이러한 대체에너지중 태양광에너지가 주목받고 있고, 태양광에너지 개발은 세계적으로 점차 연구규모가 커지고 있는 추세입니다. 본 학위논문에서는 이러한 태양광에너지중 다양한 응용성 및 생산단가가 낮으면서도 높은 광전환 효율을 지닌 염료감응 태양전지의 개발을 다루고 있습니다. 염료감응 태양전지의 구조에서 광전극에 해당하는 TiO2 전극 부분에 대해 다루었으며 전극의 도핑을 통한 밴드갭 조절으로 전류, 혹은 전압을 향상시키고 소자의 효율을 증대를 목적으로 본 연구실에서 개발한 정공 전도 역할을 하는 공흡착제를 이용, 전류 및 전압 상승의 최적화를 위한 연구를 진행하였습니다.
이렇게 합성되어진 X(Nb,N)-doped TiO2 페이스트를 합성하여 연구를 진행한 결과, Nb가 도핑된 TiO2 광전극의 경우, 높은 함량으로 Nb가 도핑될수록 TiO2 의 페르미 준위가 감소하였고, 염료에서 TiO2 광전극으로 전기 화학적 분석을 통한 전류 주입 능력의 향상을 확인하였습니다. 하지만 TiO2 의 페르미 준위가 감소되는 것은 전해질 및 염료로의 재결합을 촉진시킬수 있고, 이는 곧 전지의 전압감소에 영향을 끼치기 때문에 2.5 mol% Nb가 도핑된 TiO2 광전극을 이용한 염료감응 태양전지의 경우 도핑하지 않은 전극에 비해 염료 흡착량이 증대되어, 전류 주입 능력 상승 및 염료 흡착량 증가에 따른 전류의 증가폭이 21% 상승하였고, 높은 광전환 효율(7.4%)을 나타내었습니다.
N 도핑된 TiO2 광전극의 경우, 전자 수송 능력 향상 및 400~500 nm 영역대에 흡수가 일어나 IPCE 증가로 전류 향상에 영향을 주었습니다. 하지만, N 도핑된 TiO2 광전극에서는 도핑함량에 따른 전도띠에 거의 영향을 주지 않았기 때문에 전압의 상승 또는 하강에 영향을 끼치지 않았습니다. 이에 N 도핑된 TiO2 광전극을 이용한 염료감응 태양전지의 전류값은 도핑하지 않은 전지에 비해 15% 상승하였고, 높은 광전환 효율(8.70%)을 나타내었습니다. 또한 본 연구실에서 개발한 정공 전도성을 가진 공흡착제를 사용하였을 때 Nb 도핑된 TiO2 광전극 및 N 도핑 TiO2 광전극 전지의 경우, DCA 공흡착제를 이용한 전지에 비해 광전환 효율이 0.47%, 2.15% 이상 증가 되었습니다.
이렇게 합성되어진 X(Nb,N)-doped TiO2 페이스트를 합성하여 연구를 진행한 결과, Nb가 도핑된 TiO2 광전극의 경우, 높은 함량으로 Nb가 도핑될수록 TiO2 의 페르미 준위가 감소하였고, 염료에서 TiO2 광전극으로 전기 화학적 분석을 통한 전류 주입 능력의 향상을 확인하였습니다. 하지만 TiO2 의 페르미 준위가 감소되는 것은 전해질 및 염료로의 재결합을 촉진시킬수 있고, 이는 곧 전지의 전압감소에 영향을 끼치기 때문에 2.5 mol% Nb가 도핑된 TiO2 광전극을 이용한 염료감응 태양전지의 경우 도핑하지 않은 전극에 비해 염료 흡착량이 증대되어, 전류 주입 능력 상승 및 염료 흡착량 증가에 따른 전류의 증가폭이 21% 상승하였고, 높은 광전환 효율(7.4%)을 나타내었습니다.
N 도핑된 TiO2 광전극의 경우, 전자 수송 능력 향상 및 400~500 nm 영역대에 흡수가 일어나 IPCE 증가로 전류 향상에 영향을 주었습니다. 하지만, N 도핑된 TiO2 광전극에서는 도핑함량에 따른 전도띠에 거의 영향을 주지 않았기 때문에 전압의 상승 또는 하강에 영향을 끼치지 않았습니다. 이에 N 도핑된 TiO2 광전극을 이용한 염료감응 태양전지의 전류값은 도핑하지 않은 전지에 비해 15% 상승하였고, 높은 광전환 효율(8.70%)을 나타내었습니다. 또한 본 연구실에서 개발한 정공 전도성을 가진 공흡착제를 사용하였을 때 Nb 도핑된 TiO2 광전극 및 N 도핑 TiO2 광전극 전지의 경우, DCA 공흡착제를 이용한 전지에 비해 광전환 효율이 0.47%, 2.15% 이상 증가 되었습니다.
목차
ContentsI. IntroductionII. BackgroundII.1. Dye-sensitized solar cellsII.1.1. Dye-sensitized solar cells-operation principleII.1.2. Dye-sensitized solar cells-devices performancesII.1.3. Incident photon to current conversion efficiency (IPCE)II.2. Nanocrystalline TiO2 materialsII.2.1. TiO2 nanomaterialsII.2.2. Sol-gel method for TiO2 nanostructureII.2.3. Hydrothermal method for TiO2 nanostructureII.3. Doped TiO2 nanomaterialsII.3. 1. Synthesis of doped TiO2 nanomaterialsII.3.1.1. Metal-doped TiO2 nanomaterialsII.3.1.2. Nonmetal-doped TiO2 nanomaterialsII.3.2. Properties of doped TiO2 nanomaterialsII.3.2.1. Electronic properties of doped TiO2 nanomaterialsII.3.2.1.1. Metal-doped TiO2 nanomaterialsII.3.2.1.2. Nonmetal-doped TiO2 nanomaterialsII.3.2.2. Optical properties of doped TiO2 nanomaterialsII.3.2.3. Photoelectrical properties of doped TiO2 nanomaterialsIII. Research objectivesIV. ExperimentalIV.1. MaterialsⅣ.2. Preparation of TiO2 pastesⅣ.2.1. Preparation of Nb-doped TiO2 pastesⅣ.2.2. Preparation of N-doped TiO2 pastesⅣ.3. Fabrication of the TiO2 photoanodes and the dye-sensitized solar cellsⅣ.4. Fabrication of counter electodesⅣ.5. MeasurementsV. Results and discussionV.1. Synthesis of X(Nb,N)-doped TiO2 photoanodesV.1.1. SEM images of X(Nb,N)-doped TiO2 photoanodesV.1.1.1. Nb-doped TiO2 photoanodesV.1.1.2. N-doped TiO2 photoanodesV1.2. XRD patterns of X(Nb,N)-doped TiO2 photoanodesV.1.3. UV-vis absorption spectrm of Nb/N-doped TiO2 photoanodesV.2. Density of states in Nb/N-doped TiO2 photoanodes as a function of doping concentrationV.2.1. Density of States in Nb-doped TiO2 photoanodesV.2.2. Density of States in N-doped TiO2 photoanodesV.3. Photovoltaic performances of dye-sensitized solar cellsV.3.1. Photovoltaic performance of undoped TiO2 photoanodes cellV.3.2. Photovoltaic performance of Nb-doped TiO2 photoanodes cellV.3.3. Photovoltaic performance of N-doped TiO2 photoanodes cellV.4. Electrochemcal impedance spectroscopyV.4.1. Electrochemcal impedance spectroscopy of Nb-doped TiO2 Photoanodes cellV.4.2. Electrochemcal impedance spectroscopy of N-doped TiO2 photoanodes cellⅥ. ConclusionsVII. Reference
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