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본 연구에는 WO3역오팔 구조의 타이타늄 산화물(TiO2)코팅 유무에 따른 염료감응형 태양전지(DSSC)의 구조 및 광전기화학적 특성을 비교하고자 하였다. 주석 산화물(SnO2) 역오팔 구조를 제작한 후, 얇은 박막의 텅스텐 산화물(WO3)를 전기도금하고, 각각 0.05M, 0.005M TiCl4 용액에 담가 TiO2를 코팅하였다. 또한 Pt를 이용해 상대전극을 제작한 후 전지를 완성하여 각각의 광전기화학적 특성을 FE-SEM, XRD, UV-vis spectrophotometer, Solar simulator을 이용하여 분석하였다. Solar simulator 측정 결과 TiO2를 코팅하지 않은 경우에는 32.1%, 0.05M TiCl4를 이용해 코팅한 경우 31.9%, 0.005M TiCl4를 이용해 코팅한 경우에는 32.1%의 FF을 보였다. 이는 전부 오차범위 이내의 값으로, 그 원인을 XRD를 이용해 추측해 본 결과, TiO2가 잘 흡착되지 않았다는 사실을 확인할 수 있었다. TiO2를 코팅한 경우 코팅하지 않았을 경우보다 흡광도와 흡착 정도가 증가는 전체적인 효율 향상에 기여를 했다. 높은 안정성과 작은 밴드갭, 다양한 나노 구조물로써의 활용 가능성을 가진 WO3와 전자의 긴 재결합 시간과 빠른 이동속도를 가진 역오팔 구조의 장점을 고려해 보았을 때 WO3의 역오팔 구조가 기존의 TiO2을 도입함으로써 차세대 광전극으로의 활용 가능성을 확인하였다.
This study is based on Research and Education (R&E) project in science high school. In this study, we compared the photoelectrochemical properties of pure WO3 and TiO2 coated WO3 inverse opal film after the development of dye-sensitized solar cells (DSSCs). That is, above the SnO2 inverse opal (IO), thin WO3 film was prepared by the facile electrodeposition, subsequently forming the TiO2 layer by dipping in the 0.05 M or 0.005 M TiCl4 solution. Their morphological, crystalline, optical and photoelectrochemical properties of the developed films and composed DSSCs were evaluated exploring the field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), UV-visible spectrophotometer and solar simulator. In particular, the fill factor of pure WO3 coated SnO2 IO, 0.005 M TiCl4 treated WO3/SnO2 IO and 0.05 M TiCl4 treated WO3/SnO2 IO existed in the similar value of approximately 32%. On the other hand, the TiO2 coated samples exhibit the more enhanced absorption and photocurrent, compared to that of pure WO3/SnO2 IO, resulting in the high conversion efficiency. This points out that the proper coating of TiO2 layer on the WO3 photoelectrode can induce to the high dye adsorption as well as the suppressed charge recombination, granting the possibility of the challenging photoelectrode.
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dye-sensitized solar cell, WO3, TiCl4 treatment, inverse opal, SnO2
