염료감응형태양전지를 이용한

소개

염료감응형 태양전지가 1991년 발표될 때만 하여도 당시 실리콘 기반의 태양전지 가격의 1/5 수준이었다. 실리콘 기반의 태양전지는 이후 생산 및 판매의 증가로 가격이 지속적으로 하락하였다. 하지만 여전히 염료감응형 태양전지는 우수한 가격 경쟁력을 가지고 있으며, 다른 여타 태양전지가 가지지 못하는 투명성, 다양한 색상구현, 약한광량하에서 발전 가능하다는 장점을 가지고 있다.

목차

1. 간단한 기술적 정의 및 작동원리
2. 주요 성능지표 (효율, 안정성)
3. 최신 기술동향 (최고성능 소자 등)
4. 도심형 발전을 위한 저조도 동작 성능
5. 주요 응용분야 : 기존 응용분야에 더불어 도심형 스마트 에너지 기술 강조
6. 주요 국내외 업체 동향
7. 결론

참고문헌

본문내용

- 간단한 기술적 정의 및 작동원리
염료감응형 태양전지, DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell)는 비표면적이 넓은 금속산화물 표면에 염료를 흡착시키고, 흡착된 염료가 태양광을 흡수해 광전기화학적 반응을 일으키는 전지이다. 이는 시장침투 (Market Penetration)와 시간을 기준으로 볼 때, 유기태양전지 (Organic Photovoltaic), 하이브리드 태양전지 (Hybrid Solar cell)등과 함께 3세대 태양전지로 분류되며 그중 염료감응형 태양전지가 상업화에 한걸음 앞서 있다고 평가되고 있다.

그림 1은 염료감응 태양전지의 작동 원리 및 셀 구조를 보여주고 있다. 표면에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 n-형 나노입자 반도체 산화물 전극에 태양 빛이 흡수되면 염료분자는 전자-홀 쌍 (electron-hole pair)을 생성하며, 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 반도체 산화물 전극으로 주입된 전자는 나노입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 전달되어 전류를 발생 시키게 된다. 염료 분자에 생성된 홀은 산화-환원 전해질에 (redox electrolyte) 의해 전자를 받아 다시 환원되어 염료감응 태양전지 작동 과정이 완성된다. [1]

이상적인 태양전지의 등가회로는 그림 2에서 보는 바와 같다. 부하전류 (load current) I는 식 (1)에서와 같이 광발생전류 (photogenerated current) Iph와 다이오드전류 (diode current) ID 간의 차이로 표현되며 Shockley 태양전지 식에 따라 식 (2)와 같이 표현 될 수 있다 [2].

I = Iph – Ip [1]
I = Iph – I0 [exp {q (V + IRs) / AkBT} - 1] – (V + RsI) / Rsh [2]

식 (1)에서 kB는 Boltzmann 상수, T는 절대온도, q는 전하량, V는 태양전지 두 단자 간 전압, 그리고 I0는 빛이 없는 상태에서 포화 전류에 해당한다.

참고자료

· 유기 태양전지, 이일형, 소대섭, 서주환, 박남규, 2006
· Photovoltaic engineering handbook, eds. F. Lasnier and T.G. Ang, IOP Publishing Ltd., New York, 1990
· ACS Sustainable Chem. Eng. Aseel Hadi, Qian Chen, Michele Curioni, Rongshi Xiao, Ting Huang, and Zhu Liu, 2018, 6, 12299
· Langmuir, Dhanavel Ganeshan, Fengyan Xie, Qingqing Sun, Yafeng Li, and Mingdeng Wei, 2018, 34, 5367
· ACS Appl. Nano Mater. Chantal Karam, Roland Habchi, Sophie Tingry, Philippe Miele, and Mikhael Bechelan 2018, 1, 3705
· ACS Appl. Energy Mater. Anil Kumar Bharwal, Laura Manceriu, Cristina Iojoiu, Jennifer Dewalque, Thierry Toupance, Lionel Hirsch, Catherine Henrist, and Fannie Alloin, 2018, 1, 4106
· ACS Energy Lett. Yan Hao, Wenxing Yang, Martin Karlsson, Jiayan Cong, Shihuai Wang, Xing Li,, Bo Xu, Jianli Hua, Lars Kloo, and Gerrit Boschloo, 2018, 3, 1929