패터닝된 나노와이어와 나노입자를 이용한 염료감응 태양전지 전극 구조에 관한 연구

Abstract

이 연구에서는 염료감응 태양전지의 효율을 높이기 위한 방안으로 나노와이어와 나노입자로 이루어진 새로운 혼합전극을 제안하였다. 일반적으로 TiO2 나노입자로 이루어진 전극이 비표면적이 넓고, 이를 바탕으로 많은 염료를 흡착할 수 있어서 많은 전자를 생성할 수 있다. 하지만 전도성 전극(TCO)으로 이동하는 과정에서 나노와이어와 비교하여 상대적으로 낮은 확산길이(diffusion length)를 갖기에 전자 재결합 현상이 상대적으로 많이 발생한다는 단점이 있다. 이 단점을 보완하고 장점만을 취하기 위하여 TiO2 나노입자들 사이에 일정간격으로 ZnO 나노와이어를 배열하여 효율적인 전자생성과 전자전달이 이루어지는 혼합전극 구조를 연구하였다. ZnO 시드입자를 정전기적 집속 패터닝 기술(I.A.A.L)을 이용하여 패터닝 한 후 수열합성(hydrothermal) 방법을 이용하여 나노와이어를 성장시키고, 스핀코팅(spin coating) 방법으로 TiO2 나노입자들로 나노와이어 사이를 채워 패터닝된 산화아연 나노와이어를 포함하는 TiO2 나노입자 필름(Film)으로 구성된 혼합전극을 제작하였다. TiO2 나노입자들로만 이루어진 기존의 염료감응 태양전지의 특성과 비교하여 본 연구의 혼합전극이 광전 변환 효율의 향상을 나타냄을 알 수 있었다.

In order to increase the efficiency of solar cell, which is the main purpose of this research, composite electrode that is made up of nanowire and nanoparticles is discussed. Typically, electrodes are composed of nanoparticles which have a large specific surface area. It therefore absorbs much dye and produces many electrons. However, nanoparticles have a relatively low diffusion length compared to nanowire. Hence electron recombinations occur much more frequently during the transfer of electrons to TCO (Transparent Conductive Oxide). Improving both its strengths and weaknesses to maximize electron production and transfer of composite electrode is studied in this research. After patterning zinc oxide seed particles by I.A.A.L, the material was grown by hydrothermal method. Then, by using spin coating method, the gaps between nanowires were filled with TiO2 nanoparticles. Lastly the feature of composite electrode and reference which is only composed of TiO2 nanoparticles is discussed about and compared.