TiO2를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 및 특성
김길성·김영순·김형일·서형기·양오봉*·신형식† 전북대학교화학공학부박막재료실, *첨단방사선응용연구센터
561-756 전북전주시덕진구덕진동 1가 664-14 (2005년 12월 2일접수, 2006년 1월 20일채택)
The Preparation and Property of Dye Sensitized Solar Cells using TiO2 Gil-Sung Kim, Young-Soon Kim, Hyung-Il Kim, Hyung-Kee Seo, O-Bong Yang* and Hyung-Shik Shin†
Thin Film Technology Laboratory,
*Center for Advanced Radiation Technology, School of Chemical Engineering, Chonbuk National University, 664-14, 1 Ga, Duckjin-dong, Duckjin-gu, Jeonbuk 561-756, Korea
(Received 2 December 2005; accepted 20 January 2006)
요 약
TiO2를나노튜브(nanotube)와나노입자(nanoparticle)의두가지형태로제조하여닥터브레이드방법과 450oC에서
의소결공정을통하여다공성막으로제조하였다. 이다공성막을작용물질로사용하여염료감응형태양전지를제조하
고그특성을조사하였다. TiO2나노입자는수소화티탄염나노튜브를 180oC에서 24시간동안가수열분해처리함으
로써합성하였다. 이 TiO2나노입자를다공성막으로사용하여제작한염료감응형태양전지의에너지효율(η)은 8.07％이
며, 개방전압(open-circuit potential, VOC), 단락전류(short-circuit current, ISC)와 fill factor(FF) 값은각각 0.81V, 18.29mV/cm2
와 66.95％이었다. 나노튜브 TiO2를제조할경우에는 NaOH 용액의농도를 3 M과 5 M로변화시켰다. 그결과 3 M
NaOH 용액에서합성된나노튜브 TiO2를다공성막으로사용하여제작된염료감응형태양전지의에너지효율(η)은
6.19％이었으며, VOC, ISC와 FF 값은각각 0.77 V, 12.41 mV/cm2와 64.49％이었다. 반면에 5 M NaOH에서는전자이동
성이좋지않아효율이 4.09％로감소하였다. 본연구결과가수열분해법에의해제조한 TiO2 나노입자로제조한염료
감응형태양전지의효율이가장높았다.
Abstract −Two types of TiO2, nanotube and nanoparticle, were used for the mesoporous coatings by doctor blade technique followed by calcining at 450oC. The coatings were used as working materials for dye-sensitized solar cells (DSCs) later on and their photovoltaic characterization was carried out. The nanoparticle was synthesized from hydro- gen titanate nanotube by hydrothermal treatment at 180oC for 24 hr. The solar energy conversion efficiency (η) of DSCs prepared by this nanoparticle reached 8.07％ with VOC (open-circuit potential) of 0.81 V, ISC (short-circuit current) of 18.29 mV/cm2, and FF (fill factor) of 66.95％, respectively. For the preparation of nanotube, the concentration of NaOH solution varied from 3 M to 5 M. In the case of DSCs fabricated with nanotubes from 3 M NaOH solution, the η reached 6.19％ with VOC of 0.77 V, ISC of 12.41 mV/cm2, and FF of 64.49％, respectively. On the other hand, in the case of 5 M solution, the photovoltaic η was decreased with 4.09％ due to a loss of photocarriers. In conclusion, it is demonstrated that the solar energy conversion efficiency of DSCs made from TiO2 nanoparticle showed best results among those under investigation.
Key words: Dye-sensitized Solar Cells, Solar Energy Conversion Efficiency, Hydrothermal Treatment, TiO2 Nanotube, TiO2 Nanoparitcle
†To whom correspondence should be addressed.
E-mail: [email protected]
1. 서 론
지구상에서 사용되고 있는 대부분의 에너지원은 화석 연료이다.
그러나 화석 연료는 그 매장량의 한계가 있을 뿐 아니라 심각한 환 경오염이 사회적 문제로 대두 되고 있다. 또한, 1997년에 체결된 교
토 의정서(Kyoto protocol)에 의하여 지구 온난화 유발 가스를 감축 해야 하는 현 시점에서 재생 에너지의 필요성은 더욱더 중요시되고 있다. 대표적인 재생 에너지로는 태양에너지, 수력에너지, 풍력에너 지, 조력에너지 등이 있다. 이 중에서 미래의 에너지문제와 환경문제 를 극복할 수 있는 재생에너지원으로써 태양에너지를 광기전 효과 (photovoltaic effect)에 의하여 전기 에너지로 전환하는 장치가 바로 태양전지(photovoltaic cell 또는 solar cell)이다. 10％의 효율을 갖는
태양전지로지구전체의 1％만채워도인류가필요로하는에너지
의 10배를제공할수있는에너지가바로태양에너지이다. 이처럼 태양에너지는인류의새로운에너지원으로발전가능성을지니고 있다.
태양전지의역사는 1839년프랑스물리학자 Edmond Becquerel
가금속과전해질로구성된셀을태양광에노출시키면적은양의 전류가발생한다는광기전효과(photovoltaic effect)를발견하면서 시작되었다. 현재까지개발된여러종류의태양전지중실리콘을이 용하는태양전지는 25％까지도달하는효율과제조공정의확보등
으로가장널리사용되고있지만, 제조에대형의고가장비가사용 되고, 원료가격의한계때문에발전단가가한계치에도달하고있 다. 이에따라최근저가로제조할수있는태양전지에대한관심이 급증하고있고, 이중나노입자를이용하는염료감응형태양전지가
많은주목을받고있다. 염료감응형태양전지의경우 1991년
O’Regan과 Grätzel[1]에의하여고효율염료감응형태양전지가제
작되었으며, 이후이들은염료감응형태양전지가기존의실리콘태 양전지와버금가는높은에너지효율을가지며기존실리콘태양전 지제조단가의 1/5밖에되는않는다고발표하면서염료감응형태
양전지가새로운화제를일으키게되었다. 이처럼염료감응형태양 전지는저가, 고효율로태양에너지를전기에너지로전환시켜준다
[2-4]. 이러한염료감응형태양전지는향후가능한실용도달효율이
20％이고, 전지의발전단가를실리콘계의 5분의 1까지낮출수있
고, 20년의수명이보장되고, 다양한응용가능성을지니고있어, 세 계적으로많은연구자와기업들의집중적인연구가행해지고있다.
염료감응형태양전지의작동원리는표면(투명유리위에코팅된
투명전극, working electrode)에염료분자가화학적으로흡착된
n-형나노입자반도체(TiO2를주성분으로하는반도체나노입자, working material)에태양빛(가시광선)이흡수되면염료분자(태양광 흡수용염료고분자, dye)는전자-정공쌍을생성하며, 전자는반도 체산화물의전도띠로주입된다. 반도체산화물전극으로주입된전자
는나노입자간계면을통하여전도성막(투명전극, counter electrode)
으로전달되어전류를발생시키게된다. 염료분자에서생성된정공 은산화-환원전해질 (electrolyte)에의해전자를받아다시환원되
는것으로식물의광합성원리를응용한전지이다[5-6]. 이전지가
기존의태양전지와다른근본적인차이점은, 기존의태양전지에서 태양에너지의흡수과정과전자-정공쌍이분리되어전기의흐름을 만드는과정이반도체내에서동시에일어나는것에비해, 태양에 너지의흡수과정과전하이동과정이분리되어태양에너지흡수는 염료가담당하고, 전하의이동은전자의형태로반도체에서담당한 다는것이다. 이러한작동원리를기본으로한염료감응형태양전 지의기본구조는투명유리위에코팅된투명전극(working electrode)
에접착되어있는나노입자로구성된다공질 TiO2(working material), TiO2입자위에단분자층으로코팅된염료고분자(dye) 그리고두전 극(working and counter electrode) 사이에있는 50~100µm 두께의 공간을채우고있는산화-환원용전해질(electrolyte) 용액이들어있 는형태를지니고있다.
TiO2는염료감응형태양전지에반도체나노입자로사용될뿐만 아니라, 광촉매로서이용되거나탈색이나전기발광, NO나 Ag의
제거등과같이그응용성이다양한재료이다[7-12]. TiO2나노입자
는일반적으로알콕사이드를전구체로사용하여제조된다. Li 등[13]
의경우, 부탄올용액에티타늄부톡사이드를사용하여다공성 TiO2
나노결정을제조하였으며, Kambe 등[14]은고온과고압의조건하에서
톨루엔용액에티타늄부톡사이드를가수분해하여단상(singlephase)
나노결정을합성하기도하였다. TiO2나노튜브의경우고종횡비
(high aspect ratio)에의하여보다뛰어난전기접촉과더많은전하 의이동이발생하기에나노입자를대신하여염료감응형태양전지의 에너지효율을향상시키는것으로연구결과가보고되고있다[15- 17]. 본연구의앞선실험에서는 TiO2전구체인 titanium isopropoxide (Ti{OCH(CH3)2}4을이용[18]하거나 P25 파우더를이용[19]하여티 타니아나노튜브를제조한다음여러가지공정을거쳐티타니아 나노복합체를제조하였다. 이들의연구결과는동일한공정조건에
서 TiO2전구체나 P25 파우더를이용하여만들어진나노입자또는
나노튜브에는차이가보이지않았다. 하지만, 수열합성초기단계에 서 NaOH를첨가하여만든 sodim titanate nanotube는수소화티탄
염나노튜브의미세구조에영향을주며이를이용하는다음공정에
도영향을주므로 NaOH의변화에대한연구가필요하다.
이에, 본연구에서는 3 M과 5 M의 NaOH 용액에서수소화티탄 염나노튜브를만들고가수열분법에의하여 TiO2나노입자를합성 하였고, 450oC에서 1시간동안소결처리하여 TiO2나노튜브를합
성하였다. 또한, TiO2나노입자와나노튜브다공성막을사용하여제
작된염료감응형태양전지의광전지특성을비교, 검토하였다.
2. 실 험
2-1. TiO2 나노입자와나노튜브합성
TiO2나노입자와나노튜브합성에는 P25 파우더(Gegussa, 독일)
와 3 M과 5 M 수산화나트륨용액그리고 0.1 M 염산용액과희석
암모니아수(~pH 10) 등이사용되었다. Fig. 1은 TiO2나노입자와나 노튜브의합성공정을보여주고있다. P25 파우더(Gegussa, 독일) 2 g를 3 M과 5 M의수산화나트륨수용액 75 ml와함께혼합하여
100 ml의고압반응기에놓고 150oC에서 48시간동안반응시켰다.
이때사용되는용기와고압반응기는테프론으로접촉부위를처리 하여혼합물과의반응을막아주게하였다. 이혼합액을상온에서냉
각시킨후침전물을증류수로여러차례세척하고, 이침전물 0.5 g
을다시상온에서 1시간동안 0.1 M 염산용액 100 ml에넣고저어
주었다. 다시증류수세척작업을통하여 pH가 7이되도록한후 침전물을필터로분리후 60oC에서 12시간동안건조시키면수소 화티탄염나노튜브를얻을수있고, 450oC로 1시간동안소결
(calcination)시킴으로써아나타제상의 TiO2나노튜브를얻을수있 게된다.
수소화티탄염나노튜브를 180oC에서 24시간동안가수열분해 처리(hydrothermal treatment)하고, 합성된입자는희석암모니아용
액(pH ~10)으로중화처리되고, 이를여러차례증류수로세척한
후필터를통하여분리후건조시킴으로써 TiO2나노입자를얻게 된다.
다공성막의제조는 10 ml의증류수에 TiO2나노입자와나노튜브
0.5 g를각각초음파에의하여부유시키고, 이현탁액에유연성과안
전성을증가시키기위한첨가제로폴리에틸렌글리콜(PEG(평균분 자량: 20,000), Junsei, 일본) 2 ml를첨가시킨후가열시켜증류수를 제거한다. 이나노입자와나노튜브슬러리를투명전도성기판위에 닥터브레이드방법으로얇게펼친후상온에서건조시키고, 대기중
에서 450oC에서 30분동안소결시킴으로써다공성막을제조하였
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 44, No. 2, April, 2006
다. 이들두가지형태의 TiO2나노구조의형태상특징을 X-선회 절분석기(XRD, X-ray diffraction), 전계방출주사전자현미경
(FESEM, field-emission scanning electron microscopy), 투과전자현미 경(TEM, transmission electron microscopy) 등의기기를사용하여
조사하였다.
2-2. 염료감응형 태양전지의제조
투명전도성기판은가시광선영역에대해 80％의투과율과고유
저항(ρ)이 ~8Ω/cm2을갖는 FTO 유리기판을사용하였다. 투명전 도성기판위에증착하는산화물전극으로는위의 Fig. 1과같은방 법으로제조한각각의 TiO2나노입자와나노튜브의다공성막을사 용하였다. 루테늄(Ru)계유기금속화합물(C58H86O8N8S2Ru, Solaronix)
을다공성막에흡착하여태양광을흡수하는광감음제로사용하였다.
산화-환원전해질로는아세토니트릴(acetonitrile)에 0.3 M LiI와 15 ml I2를혼합하여사용하였다. 전해질에출력전압을증가시키기위해
0.2 M tert-butyl pyridine를첨가제로사용하였으며, 전해질에사용
되는화학약품들은 Aldrich(USA)에서구입하였다. 상대전극(counter electrode)은 ITO 유리기판위에백금(Pt)을코팅하여사용하였다.
이때백금(Pt)은전자빔증발방법(electron beam evaporation)에의 하여 ~10nm 두께로 ITO glass 위에증착하였고, 봉인제(sealing agent)
로는절연성폴리머(SX 1170-60, Solaronix)를사용하였다. 태양전
지제조공정은 5 mm × 5 mm = 25 mm2의표면적을가지는 TiO2나
노튜브와나노입자다공성막을무수에탄올과루테늄(Ru)계유기금
속화합물로구성된염료용액에 24시간동안담근후꺼내어염료 가흡착된전극막을에탄올로세척하여상온에서건조시킨다. 백 금이코팅된상대전극에두개의작은구멍을뚫고, 다공성전극막
테두리에폭 5 mm, 두께 ~60µm로절연성폴리머벽을형성시킨
후 2~3분간압력을가하면두전극사이의밀폐작업이완료된다. 이 때전열기를통하여약 100oC를유지시킨다. ITO 유리기판에뚫 려있는두개의작은구멍을통하여산화-환원전해질을전지(두 전극사이의공간)로주입하고, 두개의구멍은작은실링박막과
얇은유리판으로밀폐한다. 결과적으로위공정을통하여제작된태 양전지의활동면적은약 0.25 cm2가된다.
2-3. 광전지적특성 측정방법
광전지적특성을측정하기위하여두전극사이에전압계, 전류 계(Model 2000, Keithley) 및가변부하(load)를설치하여전류-전압 곡선(photocurrent-voltage curve)을 측정하였다. 정전위전압계
(EG&G173, 소프트웨어: EG&G M542)와 lock-in amplifier를사용 하였으며 광원으로서 150 Watt의 Xe(Xenon) 램프를 사용하여
AM-1.5 방사도와유사하도록램프의세기를조절하였다. 빛의세기는
power analyzer(FielMaster GS, Coherent)와 thermal smartsensor (LM-30V, Coherent)에의하여측정하였다.
3. 결과 및 고찰 3-1. TiO2나노튜브
나노튜브형 TiO2는 Fig. 1(b)의방법으로합성하며, 150oC에서 48시간 P25 TiO2가수산화나트륨용액에서 sodium titanate 나노튜 브를형성하고 0.1 M HCl 용액처리와세척과정에서 Na+가 H+으 로이온교환되면서생성되게된다. Fig. 2는 3 M 수산화나트륨과
5 M의수산화나트륨용액에서합성한후 0.1 M 염산용액처리와
소결공정을통하여즉, Fig. 1(b)의방법으로얻어진나노튜브형
TiO2의XRD patterns을보여주고있다. 나노튜브형 TiO2의주피익 의아나타제(anatase) 상이보여진다. 하지만, 3 M 수산화나트륨용 액으로제조한나노튜브형 TiO2의XRD pattern인 Fig. 2(a)에서는
루타일(rutile) 상이작게나타나고, 5 M 수산화나트륨용액인 Fig. 2(b)
에서는브루카이트(brookite) 상이나타난다. 아나타제 (101) 피익의
FWHM(full-width at half-maximum)값은 3 M 수산화나트륨에서
0.421이고 5 M 수산화나트륨용액에서 0.589로 5 M 수산화나트륨
용액에서제조된나나튜브가더큰값을가지게된다. 원료물질인
P25 입자는결정성을띄고있는반면나노튜브는결정성이보이지
않는다. 따라서 3 M NaOH 농도는나노튜브를형성하기에낮은농
도이므로결정성이크게나타난결과들과[20-22] 유사하다.
Fig. 2의 XRD 특성을갖는나노튜브형 TiO2를이용하여닥터브 레이드법으로제조한다공성막의 SEM micrograph를 Fig. 3에나 타내었다. Fig. 3(a), (b)와 (e)는 3 M 수산화나트륨용액에서합성 된나노튜브 TiO2 물질을사용하여제작된다공성막의표면과단면
그림으로 Fig. 3(a)에서많은균열과크기가수십 µm인응집이존
재하는것을볼수있으며, Fig. 3(a)를확대한그림 Fig. 3(b)에서
입자의크기가 20~30 nm인원형의입자가조밀하게형성되었음을
확인할수있다. 또한, Fig. 3(a), (b)의단면인 Fig. 3(e)에서도표면
과같이균열이존재하는것을확인할수있다. 5 M 수산화나트륨
Fig. 1. The synthesis steps of (a) nanoparticle and (b) TiO2 nanotube.
용액에서합성된나노튜브형 TiO2 물질을사용하여제작한다공
성막의표면인 Fig. 3(c)에서는균열이존재하지않으며입자들간
의응집이적게일어나는것을확인할수있다. 확대한그림 Fig.
3(d)에서 10~20 nm 원형의입자가두께가 10~20 nm인나노튜브 와함께공존하며, 나노튜브 위에가지런히 형성되어있는것을
확인할수있다. 본연구팀이앞서서연구한연구결과[19, 23]로
10 M NaOH를이용하여제조한경우미세구조를 FESEM과 TEM
으로조사한결과나노튜브의직경은약 10 nm, 길이는약 200 nm
인 Fig. 3(d)와유사한티타니아나노튜브임을확인할수있었다.
Fig. 3(f)에서도균열이존재하지않는것을볼수있으며 3 M 수
산화나트륨용액에서합성된단면(Fig. 3(e))과비교하면매끄러운
표면임을확인할수있다. Fig. 3의결과를통하여수산화나트륨
용액의농도가수소화티탄염나노튜브의형성및결정성에영향
을주며 5 M 수산화나트륨용액에서나노튜브를형성한것으로
생각된다.
Fig. 3의나노튜브 TiO2다공성막을이용하고제조된염료감응형
Fig. 3. FE-SEM images of various TiO2 films prepared by nanotubular TiO2 (anatase) materials. 3 M NaOH(a, b) and 5 M NaOH (c, d). Cross-sec- tion images of 3M NaOH(e) and 5M NaOH(f).
Fig. 2. XRD patterns of nanotubular TiO2 materials treated with 0.1M HCl solution and calcined at 450oC for 1 hr, which is obtained from sodium titanate nanotube synthesized at different concentra- tion of NaOH solution at 150oC for 48 hr: (a) 3 M NaOH, (b) 5 M NaOH (● Anatase, ■ Rutile and ○ brookite).
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태양전지의전류-전압특성을 Fig. 4에서수산화나트륨용액의농도
변화에따라보여주고있다. 3 M과 5 M 수산화나트륨용액으로제
조한태양전지의개방전압(VOC)은각각 0.77 V와 0.82 V이며, 단락
전류(ISC)는각각 12.41 mA/cm2와 7.25 mA/cm2임을보여준다. Fig. 4
를전력-전압곡선으로나타내어 Fig. 5에나타내었다. 3 M과 5 M
수산화나트륨용액으로제조한태양전지의최대전력(Pm)은각각
5.7 mW와 4 mW이고이때전압(Vm)과전류(Im) 값은각각 0.55 V, 10.3 mA/cm2이고 0.67 V, 6.1 mA/cm2로나타나고있다. 최대전력
값이 3 M NaOH 농도에서제조된나노튜브형 TiO2에서보다크게
나타나는이유는나노입자사이의전자이동성이나노튜브보다더 좋기때문인것으로생각된다.
Fig. 4과 5에서거론한염료감응형태양전지의광전지특성을
Table 1에서보여주고있다. 수산화나트륨용액의농도가 3 M에서
5 M로증가함에따라서전극의 VOC는 0.77 V에서 0.82 V로증가 하게된다. 그러나태양에너지전환효율은수산화나트륨용액의농
도가 3 M에서 5 M로증가함에따라서 6.19％에서 4.09％로감소한
다. 이또한위의 Pm값과같은경향으로태양전지의저항이증가 하여전자이동성이감소하게되어태양에너지전환효율에작아지게 되는것으로사료된다.
3-2. TiO2 나노입자
Fig. 6은수소화티탄염나노튜브를전구체로하여가수열분해법
에의해합성된즉 Fig. 1(a)의방법으로제조한 TiO2나노입자의
SEM과 TEM micrograph를보여주고있다. Fig. 6(a)는 Fig. 3(b)와
Fig. 4. I-V curves of two types TiO2 films prepared by anatase phase nanotubular TiO2 materials at 3M NaOH and 5M NaOH solu-
tion. Fig. 5. Power-V curves of two types TiO2 films prepared by anantase
phase nanotubular TiO2 materials at 3M NaOH and 5M NaOH solution.
Table 1. Photovoltatic performance of DSCs fabrication with 3M, 5M NaOH concentration and Ru-dye
Conditions VOC (V) ISC (mA/cm2) FF (％) η (％)
3 M, 450oC 0.77 12.41 64.49 6.19
5 M, 450oC 0.82 7.25 68.69 4.09
Fig. 6. (a) FE-SEM images, (b) TEM image of nanotubular TiO2(anatase) particles synthesized hydrothermal treatment with 0.1 M HCl solution at 180oC for 24 hr.
같이원형의입자이며 Fig. 3(b) 보다미세하고응집입자가없는것
으로나타나고있다. Fig. 6(b)를통하여직경 ~10 nm인 TiO2나노 입자의선명한모습을볼수있다.
Fig. 7는 Fig. 6에서얻어진즉, 가수열분해처리에의해얻어진 나노입자를닥터브레이드방법과 450oC에서 30분간의소결처리
함으로써제작된 TiO2다공성막의 XRD 패턴과 SEM 사진을보여 주고있다. Fig. 7(a)는투명전도성물질인 FTO 유리기판의 XRD
패턴이다. 소결하지않은시편인 Fig. 7(c)에서나타나는브루카이
트상과루타일상이 450oC에서의소결공정으로합성된 TiO2나
노입자인 Fig. 7(b)에서는사라지고브루카이트상이조금있지만
거의아나타제상만보이는것을확인할수있다. 또한, Fig. 7(d)
은소결공정을통하여제조된다공성막의표면에아무런 Fig. 5(a)
와는달리균열이없음을보여주지만여전히입자의응집현상을
확인할수있다. Fig. 7(e)은단면 SEM 사진으로균열이없는것
을볼수있다.
Fig. 8은아나타제상인 TiO2 나노입자로제조된다공성막의광전
류밀도, 전류-전압곡선과전력-전압곡선을보여주고있다. 닥터 브레이드방법과소결공정에의해제작된아나타제상의 TiO2 나 노입자다공성막의 VOC와 ISC는 0.81 V와 18.29 mV/cm2값을가지 게된다. 또한, Pm은 7.87 mW이고이때 Vm과 Im값은각각 0.52 V,
16.0 mA/cm2로나타났다. 또한, FF와태양에너지전환효율 (η)은
각각 66.95％와 8.07％값을가지게된다.
4. 결 론
본연구에서는작용물질로서티타니아나노튜브와나노입자를사 용하여염료감응형태양전지를제작하였다. 나노튜브와나노입자를
제조하는공정에서 NaOH 용액의농도를각각 3 M NaOH과 5 M
NaOH로변화시켰으며, 이때얻어진아나타제상인 TiO2를닥터브 레이드방법과 450oC의소결공정을이용하여다공성막으로제조 하였다. 이다공성막을사용하여제작된염료감응형태양전지의광 전지적특성을측정하였다. 그결과 3 M 수산화나트륨에서합성된
TiO2나노튜브를다공성막으로사용한염료감응형태양전지의 VOC, ISC값은각각 0.77V와 12.41 mV/cm2값을갖는다. 또한, FF와태 양에너지전환효율(η)은 66.49％와 6.19％값을갖게된다. 반면에
5 M 수산화나트륨에서합성된 TiO2나노튜브다공성막을사용한염 료감응형태양전지의경우광운반자의감소와 TiO2나노튜브다공
성막과 FTO 기판과의접촉력이감소하여광전지적특성이감소하
게된다. 본연구에서사용된작용물질의다른형태인 TiO2(anatase)
나노입자는수소화티탄염나노튜브를전구체로사용하여가수열분
Fig. 7. XRD patterns and FE-SEM images of TiO2 fims prepared by nanostructured TiO2(anatase) paricles synthesized hydrothermal treatment with 0.1M HCl solution at 180oC for 24hr as a function of calcination temperature. XRD patterns (a) FTO glass, (b) nanoparticle TiO2 calcined at 450oC for 1 hr, (c) mesoporus coating of room temperature, (d) Cross-section image (e,f) Surface image of nanoparticle TiO2 calcined at 450oC for 1 hr, (● Anatase, ○ brookite, and □ PEG)
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 44, No. 2, April, 2006
해법에의해합성하였다. 이 TiO2(anatase) 나노입자를다공성막으 로사용하여제작된염료감응형태양전지의 VOC, ISC, FF, 태양에너 지전환효율(η)은각각 0.81 V, 18.29 mV/cm2그리고 66.95％와
8.07％의값을갖는다. 이는 TiO2(anatase) 나노입자가 TiO2(anatase)
나노튜브에비해염료감응형태양전지응용에더높은잠재력을지 니고있다는사실을알수있다.
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Fig. 8. (a) Photocurrent, (b) I-V curve, (c) Power-V curve of TiO2 film prepared by nanostructured TiO2 fims prepared by nanostruc- tured TiO2(anatase) paricles synthesized hydrothermal treat- ment with 0.1M HCl solution at 180oC for 24 hr and calcination at 450oC.
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