수열합성법으로 제조된 TiO2 나노분말/나노와이어 혼합 페이스트를 이용한 태양전지 제조

초록

염료감응태양전지는 반도체 접합형 태양전지와는 달리, 고체/액체 접합의 광전기화학형이며 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감응성 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. TiO2 광전극으로 사용하고 태양광을 염료가 흡수하여 발생시킨 전자는 나노입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 전달되어 전류를 발생시키게 된다. 염료분자에 생성된 홀은 산화-환원 전해질에 의해 전자를 받아 다시 전자가 공급되는 전자순환회로를 이용하여 포톤에너지를 전기에너지로 전환시키는 메커니즘을 가지고 있다. 따라서 TiO2 광전극은 염료를 가능한 많이 흡수하기 위하여서 입자크기가 작고 비표면적이 높은 특성이 요구되면서, 전자전달을 용이하게 하기 위해서는 나노입자의 연결이 잘 이루어져야 하는 상호 대립적인 특성을 요구한다. 이를 해결하기 위해서 본 연구에서는 TiO2 나노입자를 수열합성법으로 합성하였고, 또한 나노입자의 연결성을 좋게 하기 위해서 TiO2 나노와이어를 합성하여 나노입자와 혼합하는 것에 의하여 입자간 연결성을 향상시키려는 연구를 진행하였다. 수열합성법으로 제조된 나노분말/나노와이어의 혼합비를 조절하여 스크린 프린팅 방법으로 10~15μm의 막을 형성하였으며, 염료는 N719, 상대전극으로는 Pt전극, 전해질로는 I-/I3- 를 사용하였고 sealing foil로 밀봉하여 셀을 제작 하였다. 이를 1 Sun AM1.5 (100mW/cm2) solar simulator를 이용하여 효율을 측정하였다.