화학공학실험 | 염료감응 태양전지 제조

 

 

 

TIP

 

 

염료감응형 태양전지의 광전기화학적 반응원리 이해 및 단위 셀 제조를 통한 광원의 세기와 광원의 조사거리 변화에 따른 단위 셀의 출력 변화를 관찰하고자 한다.

 

 

 

나노입자를 이용한 염료 감응형 태양전지

염료 감응형 태양전지는 TiO₂를 주성분으로 하는 반도체 나노입자, 태양광 흡수용 염료 고분자, 전해질, 투명전극 등으로 구성되어 있으며, 식물의 광합성원리를 응용한 전지이다. 이 전지가 기존의 태양전지와 다른 근본적인 차이점은 기존의 태양전지에서 태양에너지의 흡수과정과 전자-정공 쌍이 분리되어 전기의 흐름을 만드는 과정이 반도체 내에서 동시에 일어나는 것에 비해, 태양 에너지의 흡수과정과 전하이동 과정이 분리되어 태양에너지 흡수는 염료가 담당하고, 전하의 이동은 전자의 형태로 반도체에서 담당한다는 것이다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 염료용액을 교반기를 통해 약 10여 분간 그리고 60℃이하에서 교반시킴으로써 에탄올에 녹아 있는 염료의 균일 분산을 촉진시킨다.

 

2) Spin coater에 TiO₂가 코팅된 음극표면이 위로 향하도록 놓은 후 소량의 염료용액을 음극 표면 위에 주사기를 통해 천천히 떨어뜨린다.

 

3) 이어서 느린 속도로 Spin coater의 rpm을 조절하여 염료분자가 TiO₂ 표면에 입혀질 수 있도록 한다. (실험과정 2)～3)을 각각 1분 씩 3회 반복)(단, 실험순서 2)와 3)은 Dip Coating법에 의해 진행될 수 있다. 이는 염료용액이 담긴 용기에 TiO₂ 가 코팅된 음극표면을 20～30여 분간 담금으로써 코팅할 수 있다.)

 

4) 흡착이 끝나면 음극 기판을 에탄올로 씻어 준 후 흔들어 말린다. 에탄올은 알코올 성분이므로 금방 마르게 된다. 단, 입김으로 말리게 되면 전지의 성능을 저하 시킬 수 있음으로 이에 주의한다.

 

5) 음극을 아래에 놓고 양극으로 포개어 덮는다. 이 때 접착제 테두리가 TiO₂ 코팅 면을 완전히 감싸도록 덮어야 하고 이렇게 하면 두 기판이 양쪽으로 조금씩 어긋난 형태가 된다.

 

6) 포개진 기판을 완전히 붙이기 위해서 사방에 둘러진 접착제 부분을 다리미를 이용하여 3～5분 눌러준다. (세게 누르면 기판이 깨지므로 지그시 눌러줌.)

 

7) 양극에 뚫어진 두 개의 구멍 중 하나의 구멍 위에 전해질을 몇 방울씩 올려놓는다. 삼투압작용을 통해 전해질이 두 기판 사이로 퍼지게 된다.

 

8) 전해질이 채워지면 다시 새어 나오지 않도록 막아준다. 먼저 사각형 모양의 접착필름을 두 구멍 위에 조심스럽게 올려놓고 그 위에 얇은 커버글라스 유리를 덮는다.

 

9) 이번에도 역시 다리미를 이용하여 접착제를 녹여 전해질 누액이 방지 된 염료감응형 태양전지단위 셀을 최종 완성한다.

 

10) 양쪽 기판 끝에 전기가 흐르는 구리테이프를 붙인다.

 

11) 광원의 세기(100W 및 450W) 변화에 따른 전류 및 전압 값을 측정함으로써 염료감응형 태양전지 단위 셀의 출력변화를 관찰한다. 더불어, 광원의 조사 높이 변화에 따른 단위 셀의 출력 변화도 관찰해 봄으로써 광원의 세기 및 광원의 조사거리 변화에 따른 단위 셀의 출력 변화를 상호 비교토록 한다.

 

 

 

[화학공학실험] 염료감응 태양전지 제조 레포트