[반응공학] 염료감응형 태양전지의 제조
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- 목차
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1. 들어가면서
2. 염료감응형 태양전지(DSSC)의 원리
3. 염료감응형 태양전지(DSSC) 염료(Dye)의 조건 및 염료 구조
3.1 태양전지 염료의 조건
3.2 태양전지 염료의 구조와 특징
4. 기존 특허에서의 염료 DSSC
5. 속도반응식 및 반응기 설계를 위한 염료 선정
6. 반응설계
7. 우리 조에서 변형해 본 염료 DSSC
8. 시장성과 미래
- 본문내용
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1. 들어가면서
최근의 급격한 유가변동과 지구온난화 등의 환경문제는 국가 성장 및 에너지에 대한 새로운 패러다임을 요구하고 있다. 이러한 요구는 태양광, 풍력, 조력 등의 녹색에너지 분야에 관심을 집중시키고 있다. 그중 태양광 발전은 환경친화성, 경제성 및 산업적인 시너지 효과에 대한 기대로 국가 성장의 새로운 패러다임인 녹색성장의 중심이 될 수 있는 기술 분야로서 관심과 투자가 집중되고 있다. 특허청에 따르면 태양광발전의 핵심부품인 태양전지의 경우, 최근 5년간 그 특허출원건수가 2004년에 74건에서 2008년 538건으로 연평균 64%씩 폭발적으로 증가했다. 그러나 태양전지의 높은 제조 단가가 태양전지 상용화의 걸림돌이 되고 있다. 그래서 현재 태양전지 원가 절감의 유력한 대안으로는 유기 태양전지 중 식물의 광합성원리를 응용한 염료감응 태양전지가 주목을 받고 있고, 특허 출원 또한 크게 급증하고 있다. 따라서 우리는 염료감응 태양전지에 주목해야 할 필요가 있으며, 반응공학의 지식을 바탕으로 염료감응 태양전지의 핵심 물질인 유기잉크에 관한 신기술 개발 및 Batch Type 반응기 설계를 하고자 한다.
2. 염료감응 태양전지(DSSC)의 원리
일반적인 반도체 접합 태양전지의 원리와 달리 염료감응 태양전지는 염료 분자가화학적으로 흡착된 나노입자 반도체 산화물 전극에 광을 조사함으로서 exiton을 형성하고 이중 전자가 반도체 산화물의 전도띠로 주입되어 전류를 발생시키는 원리를 이용한다. 아래 그림은 DSSC 의 작동 원리를 나타내었으며, 이 때 쓰인 염료는 루테늄계 염료이다.
3. 염료감응 태양전지(DSSC) 염료(Dye)의 조건 및 염료 구조
3.1 태양전지 염료의 조건
염료감응 태양전지에 사용되는 염료는 루테늄계 유기금속화합물, 유기화합물 그리고 InP, CdSe 등의 양자점 무기화합물이 알려져 있다. 염료감응 태양전지의 가장 중요한 요소인 염료의 경우 빛 에너지를 흡수하여 바닥상태(ground state)에서 들뜬상태(excited state)로 전이(d → π* transition) 함으로써 저자 주입 역할을 수행하게 된다. 따라서 염료감응 태양전지용 염료가 갖추어야 할 조건은 첫째 가시광선 전영역의 빛을 흡수할 수 있어야 하며, 둘째 나노산화물 표면과 견고한 화학결합을 이루고 있어야 하며, 셋째 열 및 광학적 안정성을 지니고 있어야 한다.
3.2 태양전지 염료의 구조와 특징
상기 화학식 1에서 a1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, b1 환은 1개 이상의 치환기를 가질 수 있으며, 치환기로는 할로겐 원자, 아미드기, 시아노기, 히드록실기, 니트로기, 알콕시기 또는 아실기일 수 있으며, 또한 R은 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 포화 또는 불포화 알킬기이며,
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