연료감응형태양전지, 스퍼터링 시간변위에 따른 효율비교

소개글

연료감응형태양전지, 스퍼터링 시간변위에 따른 효율비교에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험목적

2.기초이론 및 원리

3.준비 기구 및 장치

4.실험과정

5.실험결과

6.토의 및 고찰

본문내용

레이터를 이용해 효율을 측정하였다.
이번 실험의 결과를 한마디로 결론 내리자면 스퍼터링 증착 시간에 따라 그 효율은 비례한다고 할 수 있다. 각 조의 실험 결과를 비교해 보니 5분 증착한 1조에서부터 45분 증착한 4조까지 효율이 점점 증가하였다. 1조는 실험 중 커버글라스로 전해질을 막는 과정에서 인두를 제대로 사용하지 못하였기 때문에 전해질이 세는 현상이 일어나 정확한 효율값을 얻지 못하였다. 1조의 실험결과를 제외하면 증착시간에 따라 적절하게 비례하여 효율이 증가한다는 사실을 확인할 수 있다. 특히 주목할 점은 스퍼터링 시간이 길어지면 TiO2의 농도가 짙어진다는 점인데 사진1에서 볼 수 있듯이 1조에서 4조로 갈수록 TiO2의 농도가 짙다는 것을 확인할 수 있다.
지난 실험에 이어 이번 시험도 태양전지의 효율을 높일 수 있는 방법 중 하나에 대해 알아보았다. 이 밖에 이론적으로 알려진 태양전지의 효율을 높일 수 있는 방법에는 TiO2입자의 크기를 조절하는 것이다. 입자의 크기는 전지의 효율에 영향을 미치게 되는데 입자의 크기가 큰 경우 전자의 이동은 좋아지지만 염료와의 접촉면적이 줄어들게 된다. 반면 입자의 크기가 작다면 염료와의 접촉면적이 커지지만 전자의 이동이 불리해지게 된다. 전해질을 무엇으로 쓰느냐에 따라서도 태양전지의 효율이 변할 수가 있는데 우리는 실험에서 요오드용액의 전해질을 사용했다. 요오드용액이 주로 많이 쓰이긴 하지만 누액의 문제점을 가지고 있고, 반응성의 문제 때문에 전자대전극으로 값비싼 PT백금을 사용할 수 밖에 없다. 따라서 요오드 용액보다는 최근들어 나노입자의 산화물을 고분자와 혼합한 나노콤포지트형 전해질이 개발되어 변환효율도 좋고 반응성도 적은 장점을 부각시키고 있다. 우리가 모든 실험에서 PT백금으로 사용했던 금속대전극 또한 어떤 물질을 사용하느냐에 따라 효율에 변화를 줄 수 있다. 현재 커다란 전기저항에도 불구하고 백금이 많이 사용되고 있는데 고가라는 단점을 보완하기 위해 전기저항도 적고 전기 전도도도 좋으며 값도 싼 구리나 알루미늄 또는 구리와 백금의 합금 등 여러 가지 전기대전극이 개발 된다면 태양전지의 효율을 지금보다 더 향상시킬 수 있을 것이다.
이 밖에도 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있는 여러 가지 방안에 대해 생각해 볼 수가 있다. 우리조는 장시간의 토의를 거쳐 태양전지의 효율을 가장 높일 수 있는 방법에 대해 논의 해보았다. 먼저 산화물을 어떤 물질로 사용하느냐에 따라 효율이 달라질 수 있는데 현재 TiO2의 효율이 가장 좋아 TiO2가 많이 사용되고 있다. 이 TiO2의 입자 크기 또한 효율에 큰 영향을 준다. 비교적 입자의 크기가 큰 루타일상과 입자의 크기가 작은 아나타제상이 있는데 입자의 크기가 작을 경우의 많은 양의 전자를 흡수할 수 있다는 장점과 입자의 크기가 클 경우의 전자의 이동이 용이하다는 장점을 접목해 교대로 도포한다면 태양전지의 효율을 높일 수 있을 것이라 생각했다. 우리는 모든 실험에서 상온에서 패터닝 작업을 했기 때문에 입자의 크기가 한 종류 밖에 나오지 않았는데 온도를 달리해준다면 루타일상과 아나타제상 모두를 한 시편에 도포 할 수 있을 것이다. 또한 우리의 두 번째 실험 결과에서 TiO2 도포 두께가 두꺼울수록 효율이 증가한다는 결론이 나왔는데 조사 결과 두께가 너무 두꺼우면 오히려 전자전달의 한계성 때문에 효율이 떨어 질 수 있다고 한다. 따라서 TiO2를 총 4회 도포하여 약 15~20μm를 한다면 효율을 최대화 할 수 있을 것이라 생각했다.
우리의 실험에서 요오드 용액으로 사용했던 전해질 또한 효율변화에 영향을 미치게 되는데 우리는 전해질로 나노콤포지트형 전해질을 사용하기로 했다. 이에 따라 금속대전극을 꼭 PT백금으로 하지 않아도 되기 때문에 값싸고 전기저항이 낮아 전기전도도도 좋은 구리를 사용하거나 PT백금과 합금을 하여 사용한다면 효율을 높일 수 있을 것이라 생각했다.
지난 한달 반 동안의 실험으로 인해 요즈음 떠오르고 있는 태양전지에 대해 배워볼 수 있었고, 효율을 높인다는 생각을 가지고 여러 방면에서 생각도 해 볼 수 있었다. 비록 지금은 최대 10~15%의 효율을 나타내고 있지만 머지않아 고효율의 염료감응형 태양전지가 개발 되는 것을 볼 수 있을 것이다.
7. 인용 및 참고문헌
(1) 요업재료의과학과기술 제8권 제3호, 1993. 9
졸겔법을 이용한 세라믹스의 제조 (이해욱 · 김창은 · 김구대 저) 한국세라믹학회
(2) 검색엔진
네이버 (www.naver.com)

키워드

연료감응형태양전지,   연료감응,   태양전지