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CONTENTS
목차
단위과제 I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발 / 전명석 ; 진창수 ; 김종휘 ; 전영갑 ; 신경희 ; 이범석 23
제1장 서론 25
제1절 연구개발의 필요성 25
1. 사회·문화적 측면 25
2. 경제·산업적 측면 27
3. 기술적 측면 30
제2절 연구개발의 목표 및 내용 31
1. 연구 개발의 목표 31
2. 연구 개발 범위 32
제3절 국내외 기술개발 현황 33
1. 기술 개발 현황 33
2. 국내·외 기술개발현황에서 차지하는 위치 34
제2장 연구개발 수행 내용 및 결과 35
제1절 연구 내용 35
1. 염료감응형 태양전지의 원리 35
2. 고분자 전해질 36
제2절 실험적 접근 37
1. 실험방법 37
가. Carbon nanotubes 나노 필러를 적용한 Polyethylene oxide(PEO) 고분자 전해질의 제조 37
나. 염료감응형 태양전지의 제작 39
다. 고분자 전해질 및 태양전지의 특성평가 40
라. 제조한 고분자 전해질을 적용한 모듈의 제작. 41
제3절 연구 결과 몇 고찰 43
1. 전년도 연구결과 요약 43
가. 1차년도 43
나. 2차년도 46
2. 당해연도 Nanocomposite 고분자 전해질의 연구결과 48
가. XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 48
나. FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 분석 49
다. AFM(Atomic Force Microscope) 분석 50
라. TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석 51
마. 광전류-전압 특성분석 결과 52
바. 고분자 전해질을 이용한 염료감응 전해질의 안정성 테스트 53
사. 고분자 전해질을 이용한 모듈 특성분석 결과 54
제3장 결론 56
제4장 연구개발 결과의 활용계획 57
참고문헌 58
단위과제 II. 유기태양전지용 UV경화 고분자 전해질 개발 / 한치환 ; 한상도 ; 곽지혜 ; 전일수 59
제1장 서론 61
제1절 개요 61
제2절 연구의 필요성 61
제3절 연구의 목표 및 범위 63
제2장 연구개발 수행내용 및 결과 64
제1절 연구결과 및 고찰 64
1. 졸겔연소복합법에 의한 나노입자 TiO₂ 합성 및 염료감응형 태양전지 적용 64
2. 졸겔연소복합법에 의한 나노입자 Yb³+, Er³+ 도핑된 TiO₂ 합성 및 염료감응형 태양전지 산란층 적용(이미지참조) 70
3. 고효율 전해액 76
4. 고온 안정성 전해액 78
5. 고전압 전해액 81
6. UV 경화 젤형 고분자 전해질 83
가. PEO형 3차원 고분자 네트워크 84
나. Urethane형 고분자 네트워크 85
다. UV 경화형 고분자 전해질 적용 DSSC 제작 86
라. UV 경화형 고분자 전해질 적용 염료태양전지 성능 측정 88
7. 산란층 포함 UV 경화 젤형 고분자 전해질 91
제3장 결론 94
제1절 결과 94
제2절 활용 방안 및 기대 효과 94
1. 기술적인측면 94
2. 경제적인 측면 95
3. 활용방안 95
참고문헌 96
단위과제 III. 탠덤구조 화합물 와이드 밴드갭 박막태양전지 기술개발 / 윤경훈 ; 송진수 ; 신기식 ; 윤재호 ; 안세진 ; 이정철 ; 김석기 97
제1장 서론 99
제1절 화합물 와이드 밴드갭 박막 태양전지 연구의 필요성 99
1. 탠덤 구조 태양전지 99
2. CIS 계 화합물 탠덤구조 태양전지 101
3. 에너지 밴드갭에 따른 CIS 계 화합물 태양전지의 활용 103
제2절 화합물 와이드 밴드갭 및 탠덤구조 박막태양전지 연구동향 105
제2장 화합물 와이드 밴드갭 박막 태양전지의 제조 및 특성 평가 109
제1절 기판온도 모니터링 시스템 109
1. 기판온도 모니터링의 원리 109
2. 기판온도 모니터링 시스템의 구성과 적용 110
제2절 단위박막 및 태양전지 제조 공정 111
1. Mo 이면전극 제조 112
2. co-evaporation 법에 의한 광흡수층 제조 113
3. CdS 완충층 제조 114
4. ZnO 투명전도막 115
제3절 태양전지 특성 평가 115
1. 단위박막 물성 분석 115
2. 태양전지 광전압 특성 평가 115
제3장 동시 진공증발법을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 태양전지의 광전압 특성 117
제1절 Mo 박막 특성에 따른 광흡수층 결정구조 117
제2절 Three stage process 공정 최적화 및 와이드 밴드갭 태양전지 개발 122
제3절 투명전극을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 박막 태양전지 127
제4장 결론 130
참고문헌 131
서지정보양식 132
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 133
I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발 22
〈표 1-1〉 각국의 이산화탄소 배출량 및 변화율. 25
〈표 1-2〉 에너지원별 세계 발전량 추이 26
〈표 1-3〉 I-V data of mesoporous substrate for DSCs 44
〈표 1-4〉 I-V data of nanocomposite polymer electrolyte for DSCs 46
〈표 1-5〉 Summary of I-V curve data 53
〈표 1-6〉 Summary of stability data. 53
〈표 1-7〉 Summary of I-V curve data of modules 55
II. 유기태양전지용 UV경화 고분자 전해질 개발 22
〈표 2-1〉 Yb³+, Er³+이 도핑된 TiO₂와 도핑되지 않은 TiO₂를 산란층으로 적용한 염료감응 태양전지의 성능 측정 결과(이미지참조) 76
〈표 2-2〉 다양한 종류의 첨가제에 따른 의한 전지성능 변화 76
〈표 2-3〉 실험에 사용된 전해질 첨가제와 기대효과 78
〈표 2-4〉 고온 안정성 전해질 첨가제 적용 염료감응 태양전지 성능 변화 80
〈표 2-5〉 고온 안정성 전해질 이중첨가제 적용 염료감응 태양전지 성능 변화 81
〈표 2-6〉 UV 경화형 고분자 전해질 네트워크 물질용 모노머 및 올리고머 선정 84
〈표 2-7〉 PEO 올리고머 양에 따른 젤형 염료태양전지 성능변화 89
〈표 2-8〉 우레탄 올리고머 양에 따른 염료태양전지 성능변화 90
I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발 18
[그림 1-1] 월평균 국제 유가 추이 27
[그림 1-2] 태양광발전 시장 전망 28
[그림 1-3] 한국 태양광 발전의 경제성 확보 시기 28
[그림 1-4] Variation of insolation and generated electricity from sunup to nightfall on April 16 for the DSC modules and the Si module. Output power is converted as a 1kW module. 29
[그림 1-5] Example of generated electricity for (a) clear and sunny days, (b) cloudy days between December and July for the DSC modules and the Si module. Output power is converted as a 1kW module. 29
[그림 1-6] Structure and Energy transfer mechanism of DSC 31
[그림 1-7] Principle of the DSCs 35
[그림 1-8] Principle of the solid-state DSCs 36
[그림 1-9] Plastic-based flexible DSSCs in America Konarka 37
[그림 1-10] CNTs-PEO 제조 과정 38
[그림 1-11] The schematic diagram of dye-sensitized solar cells with CNTs-PEO nanocomposite electrolyte. 38
[그림 1-12] The schematic diagram of a typical dye-sensitized solar cell with (a) surface image and (b) cross-section image ; (c) the real suface image. 40
[그림 1-13] Experimental set-up for I - V curve characterization. 41
[그림 1-14] 염료의 흡착 과정 42
[그림 1-15] 염료가 흡착된 Working Electrode 42
[그림 1-16] Working Electrode 및 Sealing sheet, Counter electrode의 결합을 통한 Fabrication. 43
[그림 1-17] N₂ adsorption and pore distribution 43
[그림 1-18] TGA of Polyethylene glycol methyl ether nanocomposite electrolyte. 44
[그림 1-19] I-V of DSCs fabricated with nanocomposite polymer electrolyte (Area : 0.25 cm² & Irradiance : 100 mW/cm²) 45
[그림 1-20] Structure of poly acrylonitrile (PAN)-co-polybutyl acrylate (PBA). 46
[그림 1-21] 고분자 전해질의 온도에 따른 이온 전도도의 측정 47
[그림 1-22] Photocurrent densities of DSSCs with the counter electrode of CNTs and Pt. 47
[그림 1-23] XPS of CNTs-PEO electrolyte 49
[그림 1-24] FE-SEM Image of CNTs-PEO electrolyte 50
[그림 1-25] AFM Image of CNTs-PEO electrolyte 51
[그림 1-26] TGA of various contents nanocornposite electrolyte. 52
[그림 1-27] Photocurrent densities of DSCs with the various CNTs-PEO electrolyte 52
[그림 1-28] sealing 작업을 한 셀(a)과 sealing 작업을 하지 않은 단위 셀. 53
[그림 1-29] nanocomposite 전해질을 적용하여 제작한 염료감응형 태양전지 모듈 54
[그림 1-30] I-V curve of PEGME, PAN-PBA, CNTs-PEO 55
II. 유기태양전지용 UV 경화 고분자 전해질 개발 19
[그림 2-1] 액체전해질 염료감응 태양전지 63
[그림 2-2] 졸겔연소복합법에 의한 TiO₂ 합성과정 65
[그림 2-3] 열처리 온도에 따른 분말 사진 66
[그림 2-4] TiO₂ 합성을 위한 전구체의 열분석 결과 66
[그림 2-5] 온도를 변수로 합성한 다양한 분말의 XRD 결과 67
[그림 2-6] 합성된 나노입자 TiO₂의 SEM 결과 68
[그림 2-7] 합성된 TiO₂를 적용한 염료감응형 태양전지 69
[그림 2-8] 제작된 염료감응형 태양전지의 전지효율 측정 69
[그림 2-9] 산란층 적용 전극의 구조 70
[그림 2-10] Yb³+, Er³+ 도핑된 TiO₂의 합성과정(이미지참조) 71
[그림 2-11] Yb³+, Er³+ 이 도핑된 TiO₂ 전구체와 도핑 되지 않은 전구체의 열분석 결과(이미지참조) 72
[그림 2-12] 700℃에서 합성한 Yb³+, Er³+ 이 도핑된 TiO₂와 도핑되지 않은 TiO₂의 XRD결과(이미지참조) 73
[그림 2-13] Yb³+, Er³+ 이 도핑된 TiO₂ (a)와 도핑되지 않은 TiO₂ (b)의 SEM 결과(이미지참조) 74
[그림 2-14] Yb³+, Er³+ 이 도핑된 TiO₂와 도핑되지 않은 TiO₂를 산란층으로 적용한 염료감응 태양전지의 성능 측정 결과(이미지참조) 75
[그림 2-15] 아세토니트릴을 용매로 사용한 최적조건의 전해질 적용 염료감응 태양전지 성능측정 77
[그림 2-16] 첨가제별 고온 안정성 태양전지 성능 시험 결과 79
[그림 2-17] 이중 첨가제 적용 염료감응 태양전지 성능 측정 결과 80
[그림 2-18] 고전압 염료태양전지용 첨가제 82
[그림 2-19] 전해질의 에이징 전과 후의 색깔변화 82
[그림 2-20] 에이징에 의한 고전압 전해질 적용 염료태양전지 성능 측정 결과 83
[그림 2-21] Polyethylene glycol diacrylate와 Trimethylolpropane triacrylate를 이용한 삼차원 네트워크 85
[그림 2-22] Polye urethane을 이용한 고분자 네트워크 85
[그림 2-23] 염료감응형 태양전지 제작과정 86
[그림 2-24] UV 경화 젤형 고분자 전해질 염료태양전지 제작과정 87
[그림 2-25] 폴리머 양에 따른 젤형 전해질의 전도도 변화 88
[그림 2-26] 우레탄 고분자 메트릭스와 W30전해액을 적용한 젤형 염료태양전지 성능측정 결과 90
[그림 2-27] 산란물질을 적용한 겔형 고분자 전해질 구조 91
[그림 2-28] 산란물질 적용 액체전해질 염료태양전지 성능 측정 결과 92
[그림 2-29] 산란물질 적용 겔형고분자 전해질 염료태양전지 성능 측정 결과 92
III. 탠덤구조용 와이드 밴드갭 박막태양전지 기술 개발 20
[그림 1-1] 결정질 실리콘 태양전지의 손실요인 분석 100
[그림 1-2] 탠덤구조의 photon 이용률 100
[그림 1-3] I-III-VI₂ 화합물 탠덤 박막태양전지 구조 102
[그림 1-4] 첨가 원소에 따른 밴드갭 에너지 변화 102
[그림 1-5] 전산 모사에 의한 탠덤구조 밴드갭의 최적 조합 103
[그림 1-6] 밴드갭 에너지에 따른 CIS계 태양전지의 활용 104
[그림 1-7] I-III-VI₂ 화합물의 에너지 밴드갭 105
[그림 1-8] 미국의 Higf Performance Proeject 의 와이드 밴드갭 태양전지 연구동향[6] 107
[그림 1-9] 일본의 AGU의 와이드 밴드갭 태양전지 연구동향[7] 107
[그림 1-10] 탠덤 구조 태양전지 연구동향 108
[그림 2-1] 3단계 동시 진공증발 공정의 열이력 고선 및 상변화 모식도 110
[그림 2-2] CIS계 박막 태양전지 제조 공정 개략도 112
[그림 2-3] DC magnetron sputtering system 개략도 113
[그림 2-4] co-evaporation system의 개략도 114
[그림 2-5] WACOM WXS-155S-L2 인공태양 116
[그림 3-1] Mo 최적화 실험 방법 118
[그림 3-2] Ar 분압에 따른 CIGS 박막 결정성 118
[그림 3-3] Ar 분압에 따른 Mo 박막의 미세구조 119
[그림 3-4] Ar 분압에 따른 Mo 박막의 표면 거칠기 120
[그림 3-5] Ar 분압에 따른 Mo 박막 모식도 120
[그림 3-6] Ar 분압에 따른 Mo/CIGS XRD 패턴 및 미세구조 121
[그림 3-7] Mo 박막에 따른 first stage후의 (In,Ga)₂Se₂의 미세구조 122
[그림 3-8] Three stage preocess의 열이력곡선 및 조성 변화 123
[그림 3-9] Ga/(In+Ga) 조성에 따른 단면 미세구조 124
[그림 3-10] Ga/(In+Ga) 조성에 따른 태양전지 광전압 특성 125
[그림 3-11] 와이드밴드갭 CIGS 박막 태양전지 광상태 전류-전압 곡선 126
[그림 3-12] 와이드밴드갭 CIGS 박막 태양전지 분광응답곡선 126
[그림 3-13] 4단자형 탠덤구조 태양전지 모식도 127
[그림 3-14] SnO₂ 후면전극을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 박막 태양전지의 광상태 전압-전류 곡선 128
[그림 3-15] SnO₂ 후면전극을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 박막 태양전지의 분광응답곡선 및 광투과도 129
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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