천연염료를 이용한 태양전지 제작

목차

1. Introduction
2. Experiment
3. Result
4. Discusion
5. Reference

본문내용

1. Introduction
블랙베리 쥬스를 이용하여 Dye-sensitized Solar Cell (연료감응태양전지)을 만들어 광합성과 같은 원리를 통해 태양전지를 작동시켜본다. 모든 태양열 장치에서, 태양빛에서 들어오는 광자는 이동하는 상태에 따라 반도체로부터 전자를 움직이게 하고 그를 통하여 에너지가 발생하게 한다. 금속과는 다르게 반도체에서는 valence electrons(원자에 강하게 부착되어 전도될 수 없는 전자)와 conduction electrons(움직일 수 있는 전자)사이에 energy band-gap이 존재한다. 반도체의 band-gap이 넓을수록 태양빛으로부터 얻은 에너지가 전자를 전도되도록 자극하기 힘들다. 본 실험에서 사용하는 물질인 TiO2는 넓은 band-gap을 가진 물질이고, 블랙베리 염료를 이용하여 전자가 이동할 수 있도록 유도한다.

자극된 전자는 전극을 통하여 블랙베리 염료로부터 TiO2로 옮겨지면서 전기를 생성한다. 그러나 전자는 블랙베리의 양극으로 약간씩 방전되거나(녹슬어버림) 중성으로 돌아오고자 하는 성질에 의해 전자를 필요로 한다. 이때 필요한 전자는 흑연으로 코팅된 전극대로부터 공급된다. 염료는 전극과 물질적인 접촉이 없기 때문에 그래서 요오드화/요오드 전해질이 하나의 연결체처럼 행동한다. 염료로부터 전극대를 통하여 전자를 가져오며 이것은 Iodide와 Tri-iodide의 사이클을 통해 이루어진다.

염료+ + I- -> 염료 + I3-

Tri-iodide는 탄소 전극대로부터 전자를 가져옴으로써 Iodide가 된다.

따라서 TiO2는 전자 억셉터이고, 요오드화물은 전자 도너이다. 그리고 염료는 전자를 자극하여 움직이게 하는 광화학 펌프이다. 다공성의 반도체는 마찬가지의 energy band-gap을 갖으며, 이는 일반적으로 ZnO, NiO2, TiO2의 산화물을 사용하기 때문이다. 블랙베리나 라즈베리에 들어있는 염료는 황적색을 띄는 안토시아닌으로 물질을 킬레이트화 하려는 성질을 갖는다.

참고 자료

미상, “천연 염료를 이용한 염료감응형 태양전지 연구지도”, 제 56회 전국과학전람회 지도논문연구대회, 2010, 작품번호 1715.
Yong Joo Kim, Mi Hyeon Lee, Hark Jin Kim, Gooil Lim, Young Sik Choi,
Nam-Gyu Park, Kyungkon Kim, and Wan In Lee, “Formation of Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells by Hierarchical Pore Generation with Nanoporous TiO2 Spheres, Advanced Materials, volume 21, 18 May 2009, 3668.
김용철(2009), “염료 감응형 태양전지의 효율향상에 관한 연구” 부산대학교 박사학위논문, 2009.