차단층으로써 HfO2를 이용한 염료감응형 태양전지의 특성에 관한 연구
A Study of Characteristics of Dye-sensitized solar cells of HfO2 thin film for blocking layer
- 주제(키워드) HfO2 , Blocking layer , Thin film , TCO
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 문병무
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위구분 석사
- 학과 일반대학원 미세소자공학협동과정
- 원문페이지 62 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000056788
- 본문언어 한국어
- 제출원본 000045827212
초록/요약
현대의 생활에 필수적인 요소인 에너지의 소비는 해마다 점차적으로 증가되고 있다. 하지만 지속적인 에너지원의 소비의 증가에 따라 석탄, 석유등의 가격은 급상승 하고 있고 지구의 자연재해에 대한 우려가 현실이 되고 있는 실정이다. 이러한 위기로 인하여 친환경적이면서 영구적인 에너지를 공급 할 수 있는 신재생 에너지원의 개발은 시급한 과제로 떠오르고 있다. 풍력 에너지, 수력 에너지, 태양열 에너지 수소 에너지 등 과 함께 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양전지는 무기 태양전지와 유기 태양전지로 나눌 수 있는데, 무기 태양전지로 가장 대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘 공급이 그 수요를 따라가지 못해 원료 값이 폭등하고 복잡한 제조공정으로 신재생 에너지로서의 경쟁력이 약화되어 지고 있는 실정이다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지의 대안 중 하나인 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)는 제조 단가가 기존의 결정질 실리콘 태양전지에 비해 저렴하고, 친환경적인 제조 환경과 간단한 제조공정 그리고 다양한 응용 가능성으로 인해 최적의 신재생에너지원으로써 각광받고 있다. 또한 기존의 실리콘 태양전지에 비해 입사각이나 온도, 그림자효과에 대한 장점을 보유 하고 있다. 염료감응 태양전지의 구성 요소 중 하나인 반도체 산화물에는 TiO, SnO, NbO, ZnO등이 있으며,[1][2][3] 이러한 반도체 산화물의 입자 크기, 형상, 결정성, 표면상태, 분산성 등이 전극의 성능에 큰 영향을 미치는 것으로써 이들을 조절하여 효율을 높이는 연구, 염료감응 태양전지의 구성 요소 중 태양전지의 광전변환효율 향상을 위해 TCO와 전해질의 접촉면에 관한 연구, 더 값 싸고 전자이동이 용이한 광전극 개발에 관한 연구 등이 활발히 이루어지고 있다. 현재 염료감응형 태양전지의 효율을 저해하는 여러 요소 중 투명 전도성 산화막과 전해질 사이 계면에서의 전자재결합(Back Electron Transfer)과 반도체 산화물과 전해질 사이의 계면에서의 전자재결합이 있는데, 본 논문에서는 투명전도성 산화막과 전해질 사이 계면에서의 전자재결합을 막기 위해 차단층으로써 HfO를 이용한 염료감응형 태양전지를 제작하여 FTO 단일층과 Front electrode로서 적용한 HfO/FTO 이중층 박막이 전자의 재결합 차단으로 인한 광전변환효율에 미치는 영향에 대해서 고찰해 보았다.
more목차
목 차
Abstract ……………………………………………………………………………… ⅰ
기호 및 약호 목록 ……………………………………………………………………ⅵ
그림 목차 ………………………………………………………………………………ⅶ
표 목차 …………………………………………………………………………………ⅸ
1. 제1장 서 론 ……………………………………………………………………… 1
2. 제2장 이론적 배경 ………………………………………………………………… 3
2.1. 염료감응 태양전지의 구조 ………………………………………………… 3
2.1.1. 전면전극 ……………………………………………………………… 3
2.1.2. 광전극 ………………………………………………………………… 3
2.1.3. 염료 …………………………………………………………………… 6
2.1.4. 산화-환원 전해질 …………………………………………………… 8
2.1.5. 상대전극 ……………………………………………………………… 8
2.1.6. 차단층 ………………………………………………………………… 10
2.2. 동작 원리 …………………………………………………………………… 11
2.2.1. 반도체-전해질 사이의 계면 반응 ………………………………… 13
2.2.2. 반도체-염료 사이의 계면 반응 …………………………………… 15
2.2.3. 반도체-투명전극 사이의 계면반응 ………………………………… 16
2.3. 염료감응 태양전지의 특성 평가 ………………………………………… 17
2.3.1. 개방전압 (Open circuit voltage) ………………………………… 17
2.3.2. 단락전류 (Short circuit current) ……………………………… 17
2.3.3 충진률 (Fill Factor) ………………………………………………… 18
2.3.4 광전변환효율 (Photovoltaic Efficiency, ) …………………… 19
2.4. 태양전지의 출력 특성 변수 ……………………………………………… 21
2.4.1 광원의 조사 강도 …………………………………………………… 21
2.4.2 주변 온도 …………………………………………………………… 21
2.4.3 광원의 입사각도 …………………………………………………… 21
3. 제3장 실험목적 및 방법 ………………………………………………………… 23
3.1. 실험목적 ……………………………………………………………………… 23
3.2. 차단층용 HfO박막 제작 …………………………………………………… 23
3.2.1. 펄스 레이저 증착법 ………………………………………………… 24
3.2.2. 펄스 레이저 증착법을 이용한 HfO 차단층 증착 ……………… 27
3.3. 염료감응 태양전지 제작 …………………………………………………… 28
3.3.1. 전면전극의 제조 ……………………………………………………… 28
3.3.2. 상대전극의 제조 ……………………………………………………… 29
3.3.3. 염료감응 태양전지의 제작 ………………………………………… 29
4. 제4장 결과 및 고찰 ……………………………………………………………… 32
4.1. 증착된 HfO 박막의 특성 분석 …………………………………………… 32
4.2. 두께측정 ……………………………………………………………………… 34
4.2.1 HfO 두께 측청 ……………………………………………………… 34
4.2.2 TiO 광전극 두께 측청 ……………………………………………… 34
4.3. 제작된 염료감응 태양전지의 성능 평가 ………………………………… 37
4.3.1. Photo-Current 특성분석 ………………………………………… 37
4.3.2. Dark Current 특성분석 …………………………………………… 40
4.3.3. EIS 특성 분석 ……………………………………………………… 42
5. 제5장 결 론 ………………………………………………………………………… 45
6. 참고문헌 …………………………………………………………………………… 47
