![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-1](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0001.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-2](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0002.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-3](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0003.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-4](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0004.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-5](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0005.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-6](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0006.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-7](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0007.gif)
![[나노재료] 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법 -ITO nano wire-8](http://images.happyhaksul.com/thumb/411/410099-0008.gif)
분야
docIntroduction
Previous paper
Discussion
Conclusion
Previous paper
우리는 세 가지 논문을 바탕으로 새로운 구조의 고효율 태양 전지를 제작 하였다. 먼저 Ednan Joanni,와 그의 동료들은 나노 와이어 형태의 ITO를 제작 그 위를 TiO2로 코팅한 DSSC를 연구 하였다. 그들의 논문에서 ITO가 나노 와이어 형태로 제작 되었을 경우의 여러 향상된 특성들에 대한 것과 TiO2 같은 물질이 코팅이 되었을 때와 안 되었을 때 특성의 차이를 알 수 있다.
그림 1에는 그들이 제작한 ITO/TiO2 나노 와이어 DSSC 태양 전지의 제작법이 나와 있다. 먼저 촉매가 없는 soda rime 유리기판 위에 laser ablation 방법으로 ITO 나노 와이어를 성장 시킨다. 이는 기존의 금속 촉매를 이용한 VLS 기법과는 다른 기법인데 이 기법을 이용하여 500도 이하의 낮은 온도에서 ITO 나노 와이어의 성장이 가능 하였다. 이는 active area 증가를 뜻하기도 하는데 VLS가 필요한 고온에서 유리 기판의 손상이나 변형으로 인해 작아야만 했던 active area를 laser ablation 방법을 통해 해결하였다. 이후 RF sputtering 을 이용 TiO2 타겟을 기판과 6cm 거리에 두고 15분 동안 Ar 기체 80mTorr 의 분압 하에서 코팅을 하였다. 이때 기판의 온도는 150도 이다.
Fig. 1 Processing of TiO2 coated ITO NW DSCC
이렇게 만들어진 시편을 가지고 그들은 XRD 분석과 TEM 그리고 SEM 분석 및 I-V 특성을 평가 하였다.
그림 2는 만들어진 ITO 나노 와이어의 TEM 이미지와 XRD peak를 보여준다. 그림에서 보듯이 (400) 방향으로 잘 배향된 나노 와이어를 볼 수 있다. 이것은 기판에 수직한 방향으로 나노 와이어가 성장되었음을 의미한다. XRD peak를 보면 (400) 방향 뿐 아니라 (200) peak도 볼 수 있는데 이것은 실제 ITO가 arrange 된 orientation을 보여준다. 여기서 ITO를 나노 와이어 형태로 기를 경우 좋은 결정성을 얻을 수 있고 이는 전기전도에 좋은 영향을 끼침을 알 수 있다.
Fig 2. TEM image of ITO NW and XRD pattern of ITO NW
그림 3은 이러한 ITO에 TiO2가 코팅 되었을 때의 미세구조 변화를 보여주는 SEM 이미지 이며 그림 4는 이러한 시편의 I-V 특성을 나타낸다. TiO2가 코팅된 경우 길이가 긴 ITO 나노 와이어의 경우에도 좀 더 기판에 수직으로 잘 배향 된 것을 알 수 있다. 또한 TiO2가 코팅됨에 따라 나노 와이어의 두께를 균일하게 맞추어 주는 역할을 하는 것도 알 수 있다. 마지막으로 I-V 특성을 살펴본 결과 이렇게 만들어진 시편은 좋은 P-N 접합을 가지게 됨을 알 수 있다. 결론적으로 이 논문에서는 ITO 나노 와이어에 새로운 물질이 코팅된 DSSC 태양 전지의 경우 어느 정도 가능성이 있다는 것을 알 수 있다.
Fig 3. SEM image of ITO NW’s
Fig 4. I-V Characteristics of ITO NW
이후 Basudev Pradhan 와 그의 동료들은 새로운 transparent 물질로서 ZnO를 주목 하였다. 따라서 그들은 ZnO 나노 와이어를 성장 시키고 그것을 바탕으로 태양 전지를 만들고 그것들의 특성을 분석했다.
그림 5은 그들이 제작한 ZnO 나노 와이어 태양 전지의 간단한 모식도가 그려져 있다.
Fig 5. ZnO NW + Rose Bengal + electrolyte DSSC
그들은 논문에서 ZnO의 경우 3.37의 큰 band gap을 가지고 있고 binding 에너지 및 안성정이 좋으며 전자의 mobility 또한 TiO2에 비해 우수한 것으로 설명하고 있다. 게다가 기판과의 cohesion도 좋아서 향후 TiO2를 대체할 새로운 물질로 소개하고 있다. 그림 6과 7에는 각각 시편의 파장에 따른 IPCE와 I-V 특성이 나타나 있다. 여기서 알 수 있듯이 ZnO는 500nm 이상의 가시광선 영역에서 반응하며 그로부터 계산된 에너지 변환 효율이 55% 인 것을 알 수 있다.
또한 I-V 특성의 선형 구간은 ZnO의 높은 광 전이와 이로 인한 luminescence의 강도 증가에 의한 것으로 볼 수 있다. 즉 ZnO는 우수한 광전이 특성 및 가시광선 영역에서 높은 에너지 변환 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한 그림 8은 이러한 시편의 메카니즘을 도식적으로 보여준다.
Fig 6. IPCE image of ITO NW
