[무기화학실험 보고서] 염료를 이용한 화학적 에너지 소자(DSSC) 제작

소개

"[무기화학실험 보고서] 염료를 이용한 화학적 에너지 소자(DSSC) 제작"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 기구 및 시약

2. 실험 방법
1) 전해질 용액 제작
2) TiO2 전극 제작
3) 염료 추출
4) 상대 전극 코팅
5) DSSC 조립
6) 측정

3. 실험 결과

4. 결론

5. 고찰

본문내용

1) 전해질 용액 제작
① 250 mL 비커에 KI 0.2 g, I2 0.12 g, ethylene glycol 100 mL를 넣고 60 ℃에서 30분간 가열한다.
2) TiO2 전극 제작
① TiO2 분말 3 g, acetic acid 5 mL를 넣고 막자 사발을 이용해 섞는다.
② FTO 유리 기판의 전도면의 3모서리를 스카치 테이프 3겹으로 마스킹하여 도포할 영역의 크기와 모양을 조절한다.
③ 용액을 FTO 기판의 전도성 면에 도포한 후 유리판으로 얇고 균일하게 바른다.
④ 상온에서 10분간 건조 후 테이프를 제거하고 hot plate를 이용해 400 ℃에서 30분간 가열하여 굳힌다.
3) 염료 추출
① 히비스커스 티백 2개 (3.6 g)과 ethanol 20 mL를 막자사발에 간다.
② 비커에 옮겨 담은 후 60 ℃에서 40분 정도 가열한다.
③ 히비스커스 용액을 감압여과기를 이용해 소량의 ethanol과 함께 여과한다.
4) 상대 전극 코팅
① 핀셋으로 FTO 기판을 고정하고, FTO 기판의 전도성 면에 라이터의 겉불꽃을 이용해 그을려 탄소 나노 입자 층을 코팅한 후 상온에서 5분간 식혀준다.
② TiO2 전극 영역 모양대로 테두리를 닦아낸다.
5) DSSC 조립
① 제작한 TiO2 전극에 스포이드를 이용해 추출한 염료를 도포하고 30분간 흡착시킨다. (기판의 빈 부분에 천천히 도포)
② 염료 추출물을 티슈를 사용해 조심스럽게 닦아내고 건조시킨다.
③ 염색된 TiO2 전극 FTO와 탄소 코팅된 FTO가 맞닿고 빈 부분이 엇갈리게 합친 후 바인더 클립 을 이용해 고정한다.
6) 측정
① 조립한 DSSC의 틈에 전해질 용액을 충분히 넣어준다.
② 임피던스 측정기의 집게를 DSSC에 연결하고 어두운 환경에서 전류를 흘려보내어 측정한다.
③ 같은 환경에서 UV 램프를 DSSC에 비추며 전류를 흘려보내 측정한다.

참고자료

· 황성주, 김동휘, 유은광, “염료감응형 태양전지(DSSC)의 제조 및 특성 분석,” 한국화학공학회지, 제50권, 제3호, pp. 145–152, 2020.
· 이승현 외 3인, “천연 색소를 이용한 DSSC 제조 실험,” 고등학교 과학탐구실험 보고서, 2023.
· O’Regan, B., & Grätzel, M. (1991). A low-cost, high-efficiency solar cell based on dyesensitized colloidal TiO₂ films. Nature, 353(6346), 737–740. https://doi.org/10.1038/353737a0
· Grätzel, M. (2005). Solar energy conversion by dye-sensitized photovoltaic cells. Inorganic Chemistry, 44(20), 6841–6851. https://doi.org/10.1021/ic0508371
· 김기범 외, “천연 안토시아닌 염료의 광학적 특성과 DSSC 응용,” 신재생에너지학회지, 제15권, 제2호, pp. 63–70, 2019.
· Lee, C. H., Park, J. W., & Kim, H. J. (2018). Fabrication of dye-sensitized solar cells using natural dyes extracted from hibiscus and blueberry. Journal of the Korean Physical Society, 72(1), 54–59.
· MSDS, 안전보건공단 화학물질정보, https://msds.kosha.or.kr/, 2025-06-11