[A+] 무기화학실험 실험 4 Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) Using Natural Dyes

소개

블루베리 추출물을 광감각제로 이용한 천연 염료 감응형 태양전지(DSSC)를 제작하고 I-V 특성을 평가한 무기화학 실험 결과보고서입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 이론

3. 실험기구 및 시약

4. 실험 방법
4.1 전해질 용액 제작
4.2 블루베리 염료 추출
4.3 TiO2 전극 제작
4.4 상대 전극 제작
4.5 상대 전극 제작

5. 결과
5.1 1주차(조건 A, B)
5.2 2주차(조건 C)

6. 고찰

7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
Ÿ 천연물에서 추출한 염료를 광민감제로 사용하여 태양전지를 제작하고, I-V 곡선을 측정해서 성능지표를 확인하여 DSSC의 원리를 이해한다.

2. 이론
Ÿ 태양전지의 작동 원리 – 광기전효과(Photovoltaic effect)
태양전지(photovoltaic cell, solar cell)는 광기전 효과(photovoltaic effect)에 의해 태양빛 에너지를 전기로 직접 변환시키는 전기 발생 장치이다

<중 략>

p형과 n형 반도체층을 결합하여 p-n 접합 반도체를 형성하면, n형 물질의 전도 띠에 있는 전자가 p형 물질의 원자가 띠로 이동하면서 n형 양전하와 p형 음전하를 생성한다. 이때 정전기력이 크기 때문에 전하가 축적되기보다는 빠르게 평형에 도달한다. 전하의 분리로 더 이상의 전자 이동이 일어나지 않고, 페르미 준위는 동일한 에너지 준위에 있다[그림1]. 이 상태에서 외부 전압을 가하지 않고, 밴드갭의 에너지 차가 크지 않다면, 접합에 가해지는 빛으로 인해 p형 물질의 원자가 띠로부터 n형 물질의 전도 띠로 전자의 전이가 증가한다

<중 략>

염료감응형 태양전지(DSSC)는 반도체 나노입자층, 태양광 흡수용 염료 고분자, 전해질, 투명

전도유리 등으로 구성되어 있으며, 식물의 광합성 원리를 응용한 전지이다. 금속 산화물인 TiO2와 같은 나노입자로 구성된 다공질 반도체 입자 표면에 태양 광흡수 염료를 침지시켜 광전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하는 원리이다. 태양광이 전지에 입사되면 먼저 염료 고분자가 빛을 흡수해서 여기 상태(excited state)가 된다. 들뜬 상태의 전자를 TiO2의 전도띠(conduction band)로 보내고 염료는 산화된 상태로 변한다

참고자료

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· Grätzel, M. (2003). Dye-sensitized solar cells. Journal of photochemistry andphotobiology C: Photochemistry Reviews, 4, 145-153.
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· O'Regan, B., Grätzel, M., "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO₂ films", Nature, 1991.