소개글
"태양열 집열판 효율 연구 보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 설계 주제 및 배경
1.2. 활동 일지
2. 본론
2.1. 관련 이론
2.1.1. 태양에너지
2.1.2. 태양전지
2.1.2.1. 염료감응형 태양전지
2.1.2.2. 염료감응형 태양전지 효율
2.1.3. 시험
2.1.3.1. 전도성 기판
2.1.3.2. 염료
2.1.3.3. TiO2
2.1.3.4. 전해질
2.1.3.5. 전지의 여러 가지 특성
2.1.3.6. Solar Simulator
2.2. 설계 구성 요소
2.3. 설계 제한 요소
2.4. 실험 방법
2.5. 실험 결과 및 분석
2.6. 실험 결론 및 고찰
3. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 설계 주제 및 배경
우리 조는 브레인스토밍 중, 친환경에너지에 대한 심층적인 논의를 하게 되었다. 화석 에너지의 고갈문제와 환경문제를 해결할 수 있는 깨끗한 에너지로 그 중요성이 재인식 되고 있다. 가장 대표적인 친환경 에너지로는 태양열에너지를 꼽을 수 있는데, 태양 전지의 종류에는 CIGS, 염료감응형, Perovskite 가있다. 그 중 우리는 제조공정이 단순하고, 높은 안정성을 가지는 염료감응형 태양전지를 설계해 보았다. 염료감응형 태양전지는 효율부분에서 다른 태양전지에 비하여 떨어져 사용화 단계를 위한 충분한 연구가 필요한데, 효율성 개선을 위해서 우리는 염료감응형 태양전지에 사용되는 염료를 시금치, 당귀, 계피, 복분자, 블루베리로 여러 가지를 사용하여 만들 것이다. 제작된 염료감응형 태양전지의 효율을 측정해 어느 염료를 사용하는 것이 가장 효율이 좋은지, 염료의 어떤 성분으로 인해 효율이 좋아지는지에 대해 논의 할 것이다.
1.2. 활동 일지
브레인스토밍 중, 팀원들은 친환경에너지에 대한 심층적인 논의를 하게 되었다. 화석 에너지의 고갈문제와 환경문제를 해결할 수 있는 깨끗한 에너지로서 태양열에너지의 중요성이 재인식되고 있었다. 이에 따라 팀은 태양전지의 종류 중 하나인 염료감응형 태양전지에 주목하게 되었다.
염료감응형 태양전지는 제조공정이 단순하고 높은 안정성을 가지고 있어 주목받고 있지만, 다른 태양전지에 비해 효율이 다소 떨어지는 것이 단점이었다. 이에 팀은 효율성 개선을 위해 여러 가지 염료를 사용하여 염료감응형 태양전지를 제작하고 각 염료별 효율을 비교 분석해 보기로 했다. 구체적으로는 시금치, 당귀, 계피, 복분자, 블루베리 등의 염료를 사용하여 태양전지를 제작하고 태양전지의 성능을 측정하기로 했다.
브레인스토밍을 통해 설계 주제를 확정한 팀은 본격적인 연구에 들어갔다. 먼저 염료감응형 태양전지의 원리와 특성, 그리고 각 염료의 특징 등에 대해 관련 논문과 자료를 조사하였다. 그리고 실험을 위한 구체적인 계획을 수립하고, 필요한 실험 장비와 재료들을 준비하였다.
실험을 위해 팀은 정기적인 회의를 통해 진행상황을 점검하고 역할을 분담하였다. 마요한 팀원은 염료감응형 태양전지의 효율 증대와 전체적인 발표 준비를, 강동우 팀원은 창의피움관련 보고서와 회의록 작성을, 임종현 팀원은 실험 방법 조사를, 천유진 팀원은 염료감응형 태양전지의 장단점 조사를, 박지우 팀원은 각 염료별 실험 방법 관련 논문 조사를, 이소홍 팀원은 TiO2 두께 조절 관련 논문 조사를 담당하였다.
이후 팀은 실험을 본격적으로 진행하였다. FTO 기판 세척, TiO2 코팅, 염료 추출 및 도포, 전해질 투입 등의 과정을 거쳐 염료감응형 태양전지를 제작하고 Solar Simulator를 통해 태양광 조사 하에서의 성능을 측정하였다. 실험 과정에서 겪었던 어려움들도 회의를 통해 공유하며 해결책을 모색하였다.
실험 결과 분석을 통해 팀은 각 염료별 태양전지의 효율을 비교할 수 있었다. 그 결과 당귀, 시금치, 복분자, 계피, 블루베리 순으로 높은 효율을 보였다. 특히 당귀를 사용한 태양전지의 효율이 1.59%로 가장 높게 나타났는데, 이는 당귀에 포함된 쿠마린 성분이 빛 흡수와 전자 전달에 유리하기 때문인 것으로 분석되었다.
한편 블루베리와 복분자를 사용한 태양전지는 낮은 효율을 보였는데, 이는 염료 추출 과정에서의 문제로 인해 TiO2 코팅이 고르게 되지 않았기 때문인 것으로 파악되었다.
이번 실험을 통해 팀은 다양한 염료를 활용한 염료감응형 태양전지의 제작과 성능 평가 방법을 익힐 수 있었다. 특히 쿠마린 성분이 풍부한 당귀가 가장 효율적인 염료로 확인되어 향후 이를 활용한 고효율 태양전지 개발의 가능성을 확인할 수 있었다.
앞으로도 팀은 새로운 염료의 탐색과 다양한 실험 변수 조절을 통해 염료감응형 태양전지의 효율 향상을 위해 노력할 계획이다.
2. 본론
2.1. 관련 이론
2.1.1. 태양에너지
태양에너지는 태양에서 발생하는 복사 에너지를 의미한다. 태양에서는 수소의 핵융합 반응을 통해 막대한 양의 열과 빛이 발생하며, 이 에너지가 지구에 도달하는 것이 태양에너지이다.
태양에서 발생한 에너지는 태양 복사 에너지의 형태로 지구에 전달되는데, 이때 지구 대기층을 통과하면서 에너지의 일부가 흡수, 반사, 산란되어 손실이 발생한다. 지구 대기층을 통과한 태양 복사 에너지 중 약 47%가 지구 표면에 도달한다. 지구 표면에 도달한 태양 복사 에너지는 지구 온난화, 기후 변화, 풍력, 수력, 해양 에너지 등의 자원으로 활용될 수 있다.
태양에너지는 고갈되지 않는 재생 가능한 청정에너지원으로 인식되고 있다. 연간 태양에너지의 총량은 약 79,500 × 10^22 kWh로 전 세계 연간 에너지 소비량에 비해 약 10,000배 정도 크다. 따라서 태양에너지의 효율적인 활용을 위한 다양한 연구와 기술 개발이 진행되고 있다.
2.1.2. 태양전지
2.1.2.1. 염료감응형 태양전지
염료감응형 태양전지는 염료와 전해질, 그리고 나노다공질 전극으로 구성되어 있다. 염료는 태양광을 받아들여 전기를 만들어내는 역할을 하며, 나노다공질 전극은 전기의 통로 역할을 한다. 이러한 방식으로 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 작용과 유사한 방식으로 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
염료감응형 태양전지의 주요 장점은 제조 공정이 단순하고, 안정성이 높아 10년 이상 사용해도 초기 효율을 유지할 수 있다는 점이다. ...
참고 자료
D. W. Oxtoby, N.H. Nachtreb, and H.P. Gillis, 현대일반화학, 5th Ed, Thomson, 2004, pp. 1031 ~ 1034
Donald L. Pavia, Gary M. Lampman, George S. Kriz, 분광학적 분석입문, 2nd Ed, Saunders College Publishing, 1996, pp. 291~298
박남규 저, “[특집] 염료감응 태양전지 기술개발 동향”, 한국태양에너지학회, 한국태양에너지학회지 제4권 제2호, 2005. 5, pp. 27~43
이원재, Ramasamy Easwaramoorthi, 김현주, 구보근, 이동윤, 민복기, 송재성 저, “단일형 / 멀티형 대면적 염료감응태양전지 개발”, 한국태양에너지학회, 한국태양에너지학회 학술대회논문집, 한국태양에너지학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집, 2005. 6, pp. 59~62
이동윤, 김현주, 구보근, 이원재, 송재성, 민복기 저, “염료감응형 태양전지 상대전극의 개발”, 한국태양에너지학회, 한국태양에너지학회 학술대회논문집, 한국태양에너지학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집, 2005. 6, pp. 71~76
박남규, 이종호 저, “염료감응 태양전지 기술과 전망”, 한국세라믹학회, 세라미스트 제8권 제5호, 2005. 10, pp. 53~58
박남규 저, “[미래를 여는 과학기술 / 서울공대·과학동아 공동기획] 광자공학 - 빛으로 미래를 만든다”, 동아사이언스, 과학동아 2006년 9월호(통권 제249호), 2006. 9, pp. 192~194
박남규 저, “염료감응 나노결정 태양전지”, 한국세라믹학회, 세라미스트 제10권 제1호, 2007. 2, pp. 45~52
황문식, 마재평 저, “TCO층에 따른 염료감응형 태양전지의 특성”, 대한전자공학회, 대한전자공학회 학술대회 논문집, 대한전자공학회 2007년도 하계종합학술대회 논문집Ⅱ(반도체/컴퓨터/시스템 및 제어) 제30권 제1호, 2007. 7, pp. 759~760
김희제, 서현웅, 김미정, 홍지태 저, “염료감응형 태양전지 TiO₂ 광전극 표면의 초음파ㆍ열처리 효과 및 그 특성”, 한국진공학회, 한국진공학회 학술발표회초록집, 한국진공학회 제33회 하계학술대회 초록집, 2007. 8, pp. 192~192
박미주, 최원석, 이성욱, 김형진, 홍병유 저, “전해질과 상대전극에 탄소나노튜브를 첨가한 염료감응형 태양전지의 효율 변화”, 한국진공학회, 한국진공학회 학술발표회초록집, 한국진공학회 제33회 하계학술대회 초록집, 2007. 8, pp. 211~211
https://www.cheric.org/files/research/ip/g200605/g200605-701.pdf 영남대학교 디스플레이 화학과 김재홍
한국화학공학회 /Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 51권1호/2013년 02월157-161(5pages)/이상수 ( Sang Soo Lee ) , 정온유 ( On Yu Jung )/Preparation of Dye Sensitized Solar Cell Using Coumarin Dyes Extracted from Plants
DEVELOPMENTS OF PHOTOSENSITIZERS TO ENHANCE PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE ON DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS /Hyo Jung HEO, Sok Kyun CHOI, Dae Young JUNG, Mi Ran JUNG, Jae Hong KIM, 한국신재생에너지학회, AFORE , 2012, 109-109
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11