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염료감응형 태양전지 (DSSC)의 효율을 향상시키기 위해,전자 수송층으로 사용되는 ZnO 나노선과 광산란층으로 사용되는 TiO2 마이크로입자에 대해서 연구하였다.초음파 화학법 을 사용하여,(002)방향으로 선택배향된 ZnO 나노선을 성장한 후,형태학적,표면 개질, 장경비,광학적,결정학적,그리고 염료 흡착 특성을 조사하였다.또한,Gd이온의 유무에 따른 PEI의 효과를 확인하기 위해,초음파 화학법으로 ZnO 나노선을 합성하였다.Gd이 온이 없는 경우에는 PEI는 수직배향성을 보였고,PEI가 있는 경우에는 결정성 및 배향성 이 감소하였다.또한,ZnO 나노로드의 장경비 효과를 확인하기 위한 결정적 변수로 Zinc acetatedihydrate의 몰농도를 선택하였다.이러한 변수는 장경비,밀도,배향성을 변화시 켰으며,염료흡착시 흡착량의 증가를 가져와 최종적으로 DSSC의 효율을 향상시켰다. ZnO 나노선의 표면 퇴화 현상을 감소시키기 위해,희토류 이온개질을 수행하였고 그 결 과,Gd,Y,La,none,Ce의 순으로 광전자화학적 특성이 향상되었다.향상 원인을 파악하 기 위해,IPCE와 EIS측정을 통하여 양자효율 및 저항의 관점에서 희토류 이온개질의 효 과를 분석하였다.또한,La이온의 몰농도에 따른 ZnO나노선의 형상 변화 및 이온 도핑 효과로 인해 ZnO 나노선으로 제조한 DSSC 소자의 최적효율을 보여주는 La이온의 몰농 도를 확인하였다.한편,광산란층으로 사용되는 TiO2 마이크로입자의 표면개질을 변형된 졸겔법을 이용하여 수행하였고,개질된 입자에 대한 표면 커버리지,형상학적,그리고 광 산란 특성을 조사하였다.먼저,Al2O3 나노입자를 적정한 pH와 농도 조건하에서 표면코팅 하였고,Al2O3 나노입자가 TiO2 마이크로입자의 표면에 균일하게 분포되어 있을 때,최적 의 광산란 효과가 나오는 것을 관찰하였다.그리고 이러한 단일 코팅보다 Al2O3와 SiO2나노입자를 사용하는 이중코팅이 광산란 특성을 더 증가시켜,최종적으로 DSSC효율 향 상을 가져온다는 것을 확인하였다.또한,광산란층의 두께에 대한 DSSC 효율 최적화 실험을 수행한 결과,12μm의 두께에서 포화되고 최고치를 보여주었다.이러한 표면코팅 실 험을 앞으로 효율적으로 수행하기 위해서,표면개질 현상을 물리적으로 접근해보았다.이 를 위해,TiO2 마이크로 입자와 산화물 콜로이달 나노입자 사이의 pH-제타전위 관계를 측정하여,그들 사이에 존재하는 전기적 특성을 분석하였다.분석결과,단일코팅이든 이중 코팅이든 상관없이 마이크로입자와 코팅할 산화물 나노입자의 제타전위 부호가 서로 다르 면 인력이 작용하여 잘 흡착이 되고,부호가 같으면 척력이 작용하여 흡착이 거의 이루어 지지 않는다는 것을 확인하였다.이러한 결과를 바탕으로,염료감응형 태양전지 혹은 다른 마이크로 입자를 사용하는 분야에서 이용될 수 있다고 판단된다.
Thesis Advisor: Prof. Sang-Ho Sohn