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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
단위과제 I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발 24
제1장 서론 26
제1절 연구개발의 필요성 26
1. 사회·문화적 측면 26
2. 경제·산업적 측면 29
3. 기술적 측면 32
제2절 연구개발의 목표 및 내용 34
1. 인구개발의 목표 34
2. 연구개발 범위 35
제3절 국내외 기술개발 현황 36
1. 기술 개발 현황 36
2. 국내·외 기술개발현황에서 차지하는 위치 37
제2장 연구개발 수행 내용 및 결과 38
제1절 연구 내용 38
1. 염료감응형 태양전지의 원리 38
2. 고분자 전해질 39
제2절 실험적 접근 41
1. 실험방법 41
가. 고분자 전해질의 제조 41
나. 고체형 염료감응형 태양전지의 제작 42
다. CNT Counter Electrode 제작. 42
라. CNT-Counter 염료감응형 태양전지 제작. 43
마. 고분자 전해질 태양전지 및 상대전극의 특성평가 43
제3절 연구 결과 및 고찰 45
1. 고분자 전해질의 특성분석 45
가. FT-lR 분석. 45
나. TGA 분석. 47
다. DSC 분석. 48
라. 이온 전도도 측정. 49
마. 염료감응형 태양전지의 성능 평가. 50
2. CNT-Counter Electrode의 특성분석 53
가. AC 임피던스 분석. 53
나. FE-SEM 분석. 54
다. 염료감응형 태양전지의 성능 평가. 55
제3장 결론 57
제4장 연구개발 결과의 활용계획 58
참고문헌 59
단위과제 II. 유기태양전지용 UV경화 고분자 전해질 개발 62
제1장 서론 64
제1절 개요 64
제2절 연구의 필요성 65
제3절 연구의 목표 및 범위 67
제2장 연구개발 수행내용 및 결과 68
제1절 연구결과 및 고찰 68
1. 졸겔연소복합법에 의한 나노입자 TiO₂합성 및 염료감응형 태양전지 적용 69
2. 고효율 전해액 74
3. 고온 안정성 전해액 76
4. UV 경화 젤형 고분자 전해질 81
가. PEO형 3차원 고분자 네트워크 81
나. Urethane형 고분자 네트워크 82
다. UV 경화형 고분자 전해질 적용 DSSC 제작 83
라. UV 경화형 고분자 전해질 적용 염료태양전지 성능 측정 85
제3장 결론 88
제1절 결과 88
제2절 활용 방안 및 기대 효과 89
1. 기술적인 측면 89
2. 경제적인 측면 89
3. 활용방안 90
참고문헌 91
단위과제 III. 탠덤구조 화합물 와이드 밴드갭 박막태양전지 기술개발 92
제1장 서론 94
제1절 Cu계 I-III-VI₂ 화합물 박막 태양전지 94
제2절 와이드 밴드갭 Cu계 I-III-VI₂ 화합물 박막 태양전지 연구의 필요성 107
제2장 Cu계 I-III-VI₂ 화합물 박막 태양전지의 연구동향 119
제1절 고효율 Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지 모듈 연구동향 119
제2절 와이드 밴드갭 및 탠덤구조 Cu계 I-III-VI₂ 화합물 박막 태양전지 연구동향 125
제3장 Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지의 제조 및 특성 평가 130
제1절 기판온도 모니터링 시스템 130
제2절 단위박막 및 태양전지 제조 공정 137
제3절 태양전지 특성 평가 147
제4장 동시 진공증발법을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 태양전지의 광전압 특성 152
제1절 Mo 박막 특성에 따른 광흡수층 결정구조 152
제2절 ZnO 박막 최적화 161
제3절 투명전극을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 박막 태양전지 168
제5장 결론 170
참고문헌 171
서지정보양식
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET
I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발 23
[표 1-1] 전 세계 에너지의 사용가능 연수 26
[표 1-2] 국내 에너지의 석유 의존도 및 중동 의존도 27
[표 1-3] Photocurrent densities of the electrolytes 50
[표 1-4] Summary of I-V curve data 52
[표 1-5] Summary of I-V curve data for CNT and Pt 56
II. 유기태양전지용 UV경화 고분자 전해질 개발 23
[표 2-1] 다양한 종류의 첨가제에 따른 의한 전지성능 변화 75
[표 2-2] 실험에 사용된 전해질 첨가제와 기대효과 77
[표 2-3] 고온 안정성 전해질 첨가제 적용 염료감응 태양전지 성능 변화 78
[표 2-4] 고온 안정성 전해질 이중첨가제 적용 염료감응 태양전지 성능 변화 80
[표 2-5] UV 경화형 고분자 전해질 네트워크 물질용 모노머 및 올리고머 선정 81
[표 2-6] PEO 올리고머 양에 따른 젤형 염료태양전지 성능변화 86
[표 2-7] 우레탄 올리고머 양에 따른 염료태양전지 성능변화 87
III. 탠덤구조용 와이드 밴드갭 박막태양전지 기술 개발 23
[표 3-1] i-ZnO/n-ZnO 증착 조건 146
I. 고체전해질 염료감응형 태양전지 개발 18
[그림 1-1] 우리나라 에너지 수입액 27
[그림 1-2] 아시아지역의 석유수요의 비중. 28
[그림 1-3] 2005년 지역별 태양전지 연간 생산량. 29
[그림 1-4] 2005년 태양전지 업체별 시장 점유율. 30
[그림 1-5] 정보통신용 전원의 변화 전망. 30
[그림 1-6] 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. 31
[그림 1-7] 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. 31
[그림 1-8] Structure and Energy transfer mechanism of DSSC. 33
[그림 1-9] 염료감응형 태양전지의 작동원리(오른쪽)와 구조(왼쪽). 38
[그림 1-10] Principle of the solid-state DSSCs. 39
[그림 1-11] Plastic-based flexible DSSCs in America Konarka 40
[그림 1-12] 고분자 전해질 제조과정. 41
[그림 1-13] Experimental set-up for I - V curve characterization. 44
[그림 1-14] Structure of poly acrylonitrile (PAN)-co-polybutyl acrylate (PBA). 45
[그림 1-15] IR-Spectra of (a) poly acrylonitrile (PAN)-co-polybutyl acrylate (PBA), (b) poly acrylonitrile(PAN). 46
[그림 1-16] TGA of polymer electrolyte of PBA-PAN. 47
[그림 1-17] DSC of polymer electrolyte PBA-PAN. 48
[그림 1-18] 고분자 전해질의 온도에 따른 이온 전도도의 측정. 49
[그림 1-19] Photocurrent of fabricated DSSC cells as a function of the contents of PBA-PAN co-polymer electrolyte. 50
[그림 1-20] I-V curve of fabricated solid-state DSSCs. 51
[그림 1-21] CNTs(좌측)와 Pt(우측)의 AC 임피던스 그래프. 53
[그림 1-22] SEM images of spray coating of CNTs on FTO glass. 54
[그림 1-23] Photocurrent densities of DSSCs with the counter electrode of CNT and Pt. 55
[그림 1-24] I-V Curves of DSSCs with the counter electrode of CNT and Pt. 56
ll. 유기태양전지용 UV경화 고분자 전해질 개발 19
[그림 2-1] 액체전해질 염료감응 태양전지 66
[그림 2-2] 졸겔연소복합법에 의한 TiO₂ 합성과정 69
[그림 2-3] 열처리 온도에 따른 분말 사진 70
[그림 2-4] TiO₂ 합성을 위한 전구체의 열분석 결과 71
[그림 2-5] 온도를 변수로 합성한 다양한 분말의 XRD 결과 71
[그림 2-6] 합성된 나노입자 TiO₂의 SEM 결과 72
[그림 2-7] 합성된 TiO₂를 적용한 염료감응형 태양전지 73
[그림 2-8] 제작된 염료감응형 태양전지의 전지효율 측정 74
[그림 2-9] 아세토니트릴을 용매로 사용한 최적조건의 전해질 적용 염료감응 태양전지 성능측정 76
[그림 2-10] 첨가제별 고온 안정성 태양전지 성능 시험 결과 78
[그림 2-11] 이중 첨가제 적용 염료감응 태양전지 성능 측정 결과 79
[그림 2-12] Polyethylene glycol diacrylate와 Trimethylolpropane triacrylate를 이용한 삼차원 네트워크 82
[그림 2-13] Polye urethane을 이용한 고분자 네트워크 82
[그림 2-14] 염료감응형 태양전지 제작과정 83
[그림 2-15] UV 경화 젤형 고분자 전해질 염료태양전지 제작과정 84
[그림 2-16] 폴리머 양에 따른 젤형 전해질의 전도도 변화 85
[그림 2-17] 우레탄 고분자 메트릭스와 W3O전해액을 적용한 젤형 염료태양전지 성능측정 결과 87
III. 탠덤구조 화합물 와이드 밴드갭 박막태양전지 기술개발 20
[그림 1-1] 태양전지의 작동원리 95
[그림 1-2] 태양광발전 시스템의 구성도 95
[그림 1-3] 태양전지의 종류 97
[그림 1-4] Cu 계 I-III-VI₂ 화합물의 원자 구조 98
[그림 1-5] Cu 계 I-III-VI₂ 화합물태양전지의 구조 99
[그림 1-6] 태양광발전시스템의 발전단가 추이 및 화석연료와의 비교 101
[그림 1-7] 태양전지용 실리콘 가격 추이 102
[그림 1-8] 태양전지 종류별 효율 단가 상관관계 102
[그림 1-9] 태양전지 재료별 흡수계수 104
[그림 1-10] 태양전지 종류별 효율 104
[그림 1-11] CIGS 태양전지와 결정질 실리콘 태양전지 비교 105
[그림 1-12] 결정질 실리콘 태양전지와 CIS계 박막 태양전지 공정 비교 106
[그림 1-13] 결정질 실리콘 태양전지의 손실요인 분석 108
[그림 1-14] 텐덤 구조의 photon 이용률 109
[그림 1-15] I-III-VI₂ 화합물 탠덤 박막태양전지 구조 111
[그림 1-16] 첨가 원소에 따른 밴드갭 에너지 변화 112
[그림 1-17] 에너지 밴드갭에 따른 개방전압 및 변환 효율 114
[그림 1-18] 밴드갭 에너지에 따른 defect level의 에너지 밀도 분포 115
[그림 1-19] 전산 모사에 의한 탠덤구조 밴드갭의 최적 조합 116
[그림 1-20] 밴드갭 에너지에 따른 CIS계 태양전지의 활용 118
[그림 2-1] CIGS 박막 태양전지 모듈 해외 개발 동향 121
[그림 2-2] CIS계 박막 태양전지 모듈의 해외 상용화 기술 동향 122
[그림 2-3] (a) 교회지붕에 설치된 13 kWp 모듈(Wurth Solar) (b) 차양식 50% Semi-Transparency CIGS 모듈 (Wurth Solar) (c) 60×120 CIGS module (Wurth Solar) (d) 85 kWp BIPV (Shell Solar)... 123
[그림 2-4] CIS계 박막 태양전지 상용화 동향 124
[그림 2-5] I-III-VI₂ 화합물의 에너지 밴드갭 127
[그림 2-6] 미국의 Herperf project의 와이드 밴드갭 태양전지 연구동향 128
[그림 2-7] 일본의 AGU의 와이드 밴드갭 태양전지 연구동향 128
[그림 2-8] 탠덤 구조 태양전지 연구동향 129
[그림 3-1] 3단계 동시 진공증발 공정의 열이력 고선 및 상변화 모식도 133
[그림 3-2] 기판 표면의 조성변화에 따른 온도 변화 현상의 개념도 134
[그림 3-3] RS 232C 통신 방법을 통한 기판 온도 모니터링 제어 135
[그림 3-4] 기판 가열에 의해 손상된 유리 기판과 열전대의 위치 136
[그림 3-5] 열전대의 위치 조정을 통한 유리 기판의 bending 현상 136
[그림 3-6] CIS계 박막 태양전지 제조 공정 개략도 138
[그림 3-7] DC magnetron sputtering system 개략도 139
[그림 3-8] co-evaporation system의 개략도 141
[그림 3-9] co-evaporation system의 내부 effusion cell 사진 141
[그림 3-10] CdS 용액성장을 위한 용액 제조 143
[그림 3-11] CdS 증착시간에 따른 CdS 두께 및 CGS/CdS SEM image 144
[그림 3-12] CdS 증착시간에 따른 CGS 태양전지... 145
[그림 3-13] CGS 박막 및 기타 단위박막 분석 장치... 148
[그림 3-14] WACOM WXS-155S-L2 인공태양 149
[그림 3-15] 면적 측정기 150
[그림 3-16] 분광 응답 특성 측정 장치 151
[그림 4-1] Mo 최적화 실험 방법 153
[그림 4-2] Ar 분압에 따른 CIGS 박막 결정성 154
[그림 4-3] Ar 분압에 따른 Mo 박막의 미세구조 155
[그림 4-4] Ar 분압에 따른 Mo 박막의 표면 거칠기 156
[그림 4-5] Ar 분압에 따른 Mo 박막 모식도 157
[그림 4-6] Ar 분압에 따른 Mo/CIGS XRD 패턴 및 미세구조 159
[그림 4-7] Mo 박막에 따른 first stage후의 (In,Ga)₂Se₂의 미세구조 160
[그림 4-8] 증착 시간에 따른 ZnO 두께 변화 162
[그림 4-9] ZnO 두께에 따른 광투과도 곡선 163
[그림 4-10] ZnO 두께에 따른 면저항 및 비저항 164
[그림 4-11] n-ZnO 두께에 따른 태양전지의 분광응답곡선 165
[그림 4-12] 와이드밴드갭 CIGS 박막 태양전지 광상태 전류-전압 곡선 166
[그림 4-13] 와이드밴드갭 CIGS 박막 태양전지 분광응답곡선 167
[그림 4-14] 4단자형 탠덤구조 태양전지 모식도 168
[그림 4-15] SnO₂ 후면전극을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 박막 태양전지의 광상태 전압-전류 곡선 169