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Organic-Based Solar Cells Driven by Morphological Controls of Nanostructures

Title
Organic-Based Solar Cells Driven by Morphological Controls of Nanostructures
Other Titles
나노 모폴로지 제어를 통한 유기 기반 태양전지 특성에 대한 연구
Authors
석지수
Issue Date
2014
Department/Major
대학원 화학·나노과학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
김명화
Abstract
In polymer solar cells (PSCs), bilayer heterojunction (BL-HJ) structure prepared by the sequential deposition of electron donating and accepting layer is conceptually more straightforward compared to bulk heterojunction (BHJ) structure since each layer can be optimized independently. Efficient BL-HJ PSCs are prepared via solution process by controlling the crystallinity of the polymer layer. The crystallinity of the polymer film was controlled by incorporating additives, such as 1,8-diiodooctane (DIO) and 1-chloronaphthalene (CN), to the polymer solution. The enhanced crystallinity of PCDTBT bottom layer enable to construct PCDTBT/PC70BM bilayer with large heterojunction interfacial area. However, the performance of PSCs is limited by insufficient light absorption due to the ultra-thin film thickness. Silver nanoparticles (Ag NPs) were introduced to overcome low PCE of OPVs compared to that of inorganic solar cells via surface plasmonic resonance. Doping Ag NPs in BL-HJ solar cells showed much larger enhanced JSC compared to that of BHJ solar cells. One of promising alternatives in organic-based solar cell is dye-sensitized solar cell (DSSC) which has high efficiency. Platinum (Pt) is typical counter electrode material for DSSC due to its good catalytic activity. Ruthenium oxide (RuO2) was introduced to replace expensive Pt. The RuO2•xH2O NPs were synthesized via simple solution process and grown into crystals on FTO substrate at low temperature through sintering process. Uniform and nano-scale crystals on FTO substrate with high conductivity were formed by adding PEO in precursor solution and reducing RuO2 into RuOx.;고분자 태양전지에서 전자 공여층과 수용층을 연속적으로 쌓아 제작하는 이중접합구조는 각 층의 최적화를 독립적으로 진행할 수 있어 벌크이종접합구조에 비해 직 관적으로 접근할 수 있다. 고분자 층의 결정성을 제어함으로써 효율이 좋은 이중접합구조의 고분자 태양전지를 제작할 수 있다. DIO 또는 CN 등과 같은 첨가제를 사용함 으로써 고분자 박막의 결정성을 제어할 수 있었다. 아래에 위치한 PCDTBT 박막의 결정성을 증가시킴으로써 PCDTBT와 PC70BM의 계면적을 향상시킬 수 있었다. 그러나 고분자 태양전지는 초박막의 두께로 인하여 빛을 충분히 흡수하지 못 하는 한계가 있다. 이러한 한계로 무기 태양전지에 비해 낮은 광전변환효율을 갖는 고 분자 태양전지의 문제점을 극복하기 위해 은 나노입자의 플라즈몬 효과를 도입하였다. 이중접합구조의 고분자 태양전지에 은 나노입자를 도핑함으로써 벌크이종접합구조에비해 광전류 값의 향상이 크게 나타났다. 유기 기반 태양전지 중 또 다른 주제인 염료 감응형 태양전지는 매우 높은 효율을 보이고 있다. 염료 감응형 태양전지에서 대전극으로써 일반적으로 촉매 활동도가 좋은 백금을 이용하고 있다. 산화 루테늄은 값비싼 백금을 대체할 물질로 주목 받고있다. 간단한 용액 공정으로 산화 루테늄 수화물 형태의 전구체를 합성하여 FTO 기판 위에 비교적 낮은 온도에서 소결 공정을 진행하였다. PEO를 산화 루테늄 전구체 용액에 첨가함으로써 산화 루테늄이 나노 크기의 결정을 균일하게 형성하고 고르게 코팅 이 되도록 기여하여 필 팩터 값이 크게 향상되었다.
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일반대학원 > 화학·나노과학과 > Theses_Master
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