연료감응태양전지실험

본문내용

과 단락전류와 F.F를 곱한 값에 삽입한 전압의 값을 나눠주면 측정효율이 나오는데 결과값은 0.725%가 나왔다.
3-4. Disscusion
이 실험에서 염료감응연료전지를 만들기 위해 FTO글라스위에 막자사발로 TiO2 0.5g과 PEG용액을 조금씩 넣어가며 완전혼합 시킨 후 닥터블레이드 법으로 코팅을 하였다. 실험결과데이터를 산출해서 계산해보니 낮은 효율을 얻은 것을 확인하였는데, 우리가 염료감응연료전지를 만들어 솔라시뮬레이터에서 결과값을 측정한결과 Efficiency(η) 는 0.725%로 지극히 낮은 효율로 산출되었다. 이에 대한 문제점에 관한 원인으로 무엇보다 TiO2와PEG용액을 혼합시켰을 때 예상보다 과도한 양의 PEG용액이 사용되었고 TiO2를 일정한 속도로 균일하게 섞어주어서 입자의 크기가 나노정도가 되어야하는 이유는 염료를 흡착할 수 있는 전극 소재는 띠간격 에너지가 큰 반도체 나노결정 (직경 15~20nm) 산화물을 사용하는 나노 크기의 물질을 사용하는데 입자 크기 감소에 의한 비표면적 증가로 보다 많은 양의 광감응 염료분자를 흡착시킬 수 있기 때문이다. 하지만 우리가 혼합한 입자의 크기는 불균형하고 혼합후에 FTO글라스에 흡착을 시킬 때 다량의 기포발생으로 인하여 더욱 효율이 떨어졌다고 본다. 실험시에 실험 재료로 준비한 FTO글라스에 TiO2를 도포한 결과 흡착되지 못하고 바람을 불었을 시에 떨어져나간 현상을 발견할 수 있었다. 또한 닥터블레이드법의 조작이 익숙치 않아 FTO글라스 위에 TiO2 - PEG 혼합액이 고르게 펴지지 않은 점과 건조 중 마르는 시점을 잘 파악하여 테이프를 조심스럽게 떼어내지 못해 모서리 부분의 코팅부분이 톱니모양으로 뜯겨져 나간 것, 그리고 그 뜯겨져 나간 것들이 다시 코팅부분 내부로 들어가 고르지 못한 표면을 만들어낸 점들이 낮은 효율을 만들어낸 원인이라 분석하게 되었다. 그리고 닥터블레이드법을 시행할 때도 FTO글라스위에 도포된 TiO2 - PEG 혼합액을 거칠게 당겨서 표면에 흠집이 나는 등의 문제점이 생겨서 좋지 못한 효율이 나타나게 된 원인이 되었다고 생각한다. 때문에 코팅된 표면적의 감소로 인한 점과 고르지 못한 표면으로 인해 전자가 원활히 이동하지 못하게 된 점을 감안해 볼 때 효율값으로 측정된 0.725%가 터무니없이 낮게 나온 것이 아니라 진행된 과정속의 실행착오를 통해 이러한 결과가 나왔다고 분석된다. 또한 측정된 결과 값을 살펴보면 F.F(곡선인자)의 값이 0.012124가 우리가 측정한 F.F값은 0.012124가 나왔는데 이상적인 값인 1에 훨씬 미치지 못하는 것을 볼 때 이상값에 훨씬 모자란 상태임을 확인할 수 있었다. 결과적으로 위에 확인된 많은 오차의 요인들로 인해 낮은 효율과 F.F값이 나오게 되었다.
4. Conclusion
이번 실험은 염료감응태양전지를 제조하고 효율을 측정하는 실험인데 염료감응전지는 나노결정산화물 표면에 염료가 흡착된 태양전지로서 이 실험에 사용된 나노산화화합물은 TiO2로써 우리가 실행한 실험은 이 TiO2가 주성분으로 하는 반도체 나노입자, 태양광흡수용 염료, 전해질, 투명전극 등으로 구성되어 있는, 식물의 광합성원리를 응용한 전지이다. 솔라시뮬레이터 기기를 이용해 current와 voltage를 측정한 결과, 확인된 Isc = 10426.6 mA/cm2, Voc = 0.573543 V, Imax = 1.77876 mA/cm2, Vmax = 0.407629 V 값으로 F.F와 효율을 계산하였다.
FF(Fill Factor)는 0.12124가 나왔고, 효율은 0.725%가 나왔다. 신재생에너지 실험을 시작하기 전에 교수님 말씀처럼 학부생이 실험으로 3% 나오면 정말 높은 효율을 가진 태양전지를 만든 것이라는 하셨는데 낮은 효율이 계산된 것을 확인할 수 있었다. 이는 실험하는 동안 주의사항으로 말씀해 주신부분을 잘 이행하지 못하여 생긴 TiO2의 혼합문제와 FTO글라스 위에 TiO2 - PEG 혼합액이 고르게 펴지지 않은 점을 들 수 있고, 건조 시점을 잘 파악하지 못하여 테이프를 조심스럽게 떼어내지 못해 모서리 부분의 코팅부분이 톱니모양으로 뜯겨져 나간 것과 뜯겨져 나간 잔유물들이 다시 코팅부분 내부로 들어가 고르지 못한 표면을 만들어낸 점들이 낮은 효율을 만들어낸 원인이라 분석하였다. 이로 인한 코팅된 표면적의 감소와 고르지 못한 표면으로 인해 전자가 원활히 이동하지 못하게 된 점을 감안해 볼 때 계산되어 나온 효율값은 비정상적으로 낮게 잘못 나온 것이 아니라 진행된 과정속의 실행착오를 통해 이러한 결과가 나왔다고 본다. 효율면에서 비록 낮게 나왔지만 염료감응태양전지를 통해 태양전지셀의 제작과정을 실험함으로써어떤 원리와 구조를 가지고 이용되는 지 확인할 수 있는 좋은 기회였다고 생각합니다. 그리고 신재생에너지실험이라는 수강과목의 기본 목적인 신재생에너지의 활용과 이해의 폭을 한층 넓히고 현장에서 활용되는 엔지니어의 지식을 체험해 볼 수 있었다.
5. References
[1]김길성, 김영순, 김형일, 서형기, 양오봉, 신형식, “를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 및 특성”, Korean Chem. Eng. Res., Vol.44, No.2, pp. 179-186(2006).
[2]염료 감응형 태양전지에 대하여(배경, 비교, 구조, 원리, 공정, 구성 등),http://blog.daum.net/whan6531/,2008.12
[3]고경현, 연료감응태양전지의 고효율화를 위한 전극 계면 특성 연구, 산업자원부
[4]구와노유키노리, 태양전지란 무엇인가, 아카데미서적
[5]http://blog.naver.com/ebong21?Redirect=Log&logNo=49171861 네이버블로그
[6]http://cafe.naver.com/dayofeclipse.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=856 네이버카페
[7]http://k.daum.net/qna/view.html?qid=0BU5d 다음신지식
[8]http://blog.naver.com/sialon?Redirect=Log&logNo=30011532379 네이버블로그

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