감응염료 전기에너지원리

 

 

DSSC(염료감응태양전지) 고분자 전해질에는

blending하는 방법, grafting(융합), 가소제 첨가 방법,

하나는 고분자와 나노입자(SiO2 or TiO2와 같은 메탈)들과 상호작용으로 고체화 되는 방법과

고분자의 비공유 전자쌍에 I- I3-가 결합하여 홀이 이동하는 그루투스 메커니즘이 가장 대표적인

고분자 고체 전해질의 메커니즘

 

광을 받아서 염료가 흡수하면 전자가 전극쪽으로 튀어 나가고

그러면 염료는 나간 전자만큼 산화 되는건 당연한거고 산화된 만큼의 전자를 전해질에서 얻게된다

리고 전해질은 반대쪽 전극에 도착한 전자를 받아서 다시 환원 된다

태양전지 구동에 있어서 액체형과 고체형 전해질의 차이는 없다

 

액체형 전해질의 경우 사용하다 보면 흐를 수 있고,

   기계적 물성이 약해서 안정성이 떨어진다고 합니다.

고체형 전해질이구요, 아무래도 고체형일 경우 안정성이 증가하고

전지를 만드는데 있어서 좀 더 수월하다

고체형의 단점으로는 낮은 에너지 변환 효율

 

일단 가장 최고효율의 전지는 III-V족 화합물 반도체 태양전지를 여러층으로 쌓은 것(tandem solar cell;텐덤셀이라 부릅니다)이 실험적으로 구현되었고 그 효율은 40.7 % 입니다. 그외 실리콘 계열은 최고 24.7 %에 상용 16.9 % 정도 나머지 것(박막 태양전지 계열, 염료 감응 계열)들은 10~20% 정도 사이에 있고 최근에 유기반도체계열은 10%도 안 된다.

 

 이론적으로 태양전지의 효율을 말하자면, 단일 물질로 태양전지를 만들 경우 최고 효율 31%가 한계다. 이것을 Shokley-Queeser(철자 맞나?) limit이라 하고 물리학적으로 극복할 수 없는 한계다. 따라서 이보다 더 효율을 높이려면 필연적으로 다른 물질을 여러층 쌓는 텐덤셀 형태로 가야 한다.

텐덤셀은 단일 물질 태양전지의 물리적인 문제점을 해결할 수 있기 때문에 최대가 얼마가 될지는 모른다. 그러나 대략 70% 이상은 곤란하지 않나 생각된다. (사실 50% 넘기기도 쉽지 않다.)

 

 태양전지 기술에서 핵심은 발전가격이다. 즉 얼마나 싸게 전기를 만들 수 있느냐가 관건. 

 40%짜리 태양전지의 생산가격은 실리콘 태양전지의 수 십배가 넘을 것이다. 그리고 유기반도체계열은 상용화 될 경우 실리콘 보다도 가격이 쌀 가능성이 크지다. 또한 태양전지의 수명이 100년 짜리가 있다면 그 태양전지는 수명 10년 짜리에 비해 효율이 많이 낮아도 쓸만하다. 그래서 태양전지는 효율만이 중요한 것은 아니다. 

태양전지의 효율, 모듈가격, 수명  이 세가지가 태양전지의 핵심    

답변 덕분에 많이 알아갑니다! 혹시 교수님께 여쭤보고 더 아시게 되면 답변이나 쪽지 부탁드려요~

안냐세요~~ ^^;;

 

음 .. 제가 도움(?)을 드리고 시퍼요~ ^^;;

 

염료감응 태양전지 ..;;

작년에 어떤 선배가 .. 그걸로 교수님이랑 연구한적이 있었는데에 ....;;

저도 해볼까 하다가 ... 어려워서 ... ㅠ_ㅠ;;

 

그래서 .. 대충은 아는데 ...

하시는게(?) ... 유기분자 관련 시스템(?) 아닌가요 ..? ..

그거 효율이 낮은걸로 알고 있는데 ... -_-;;;

 

괄호에 ... LUMO, HOMO 라고 써있길래 ..

첫번째는 ... LUMO 이용하구 ...

두번째는 HOMO 이용하는 거 가타요 .. ^^;

 

LUMO 가 비결합 영역에 있을때 ... 가장 에너지가 낮은 분자 궤도함수이구 ..

HOMO 는 .. 결합 영역에 있을 때의 ... 가장 에너지 높은 분자 궤도함수자나요 .. ^^;;

 

근데 ... 제가 알기로는~;;

MLCT 의 경우에는 ... ligand 의 pi star 가 낮은 에너지를 ... 그러니까 비어 있는 경우에 일어나요 ..

그래서 ... 있던 전자가 excited 되어서 ... LUMO 로 올라가겠죠 ...? ...

그리구 ... 이것처럼 ... ligand 가 pi-acceptor 가 되어버리면 ...

back-bonding ... 역결합 하기가 쉬워지기도 하죠 ...

 

이때 ... 말씀하신 .. bipyridine(?) 이라던지 ... CO, CN^-, NO2  ... 이런 것들이 ...

pi-acceptor 로 작용하죠~ ^^;

당연히 ... pi-bonding effect 로 인해 ...

정확히 말하면 ... back-bonding 으로 인해 ... d 오비탈의 에너지가 낮아지니까 ..

xy, yz, zx 오비탈이죠 ... 그래서 CFSE 가 증가하죠 .. ^^;

 

pi 결합에 공여하는 결합이 ...

대충 .. 네가지(?) 가 있죠 ...

그중에서 ... d pi to pi star 가 있는데요 ...

metal to ligand ... 의 양상을 띄죠 ...

아마 .. 여기에 맞는(?) 결합같은데요 ...

 

두번째 ... strong sigma-donor 인 ... -SCN 은 ...

이건 ... 간단하게 ... spectrochemical series 에 보면 ... 다 나와 이짜나요 .. ^^;

얘 말고도 .... NH3, H2O .. 이런 ligand 들이 있는데요 ...

 

얘네들은 ... 음 ... 머라해야되지 ..? ..;;

strong field 도 아니고 ... weak field 도 아니고 ..;;

보통 리간드라고 해야되나 ;;;

normal ligand 라고 할게요 ... -_-;;

 

얘네들은 ... 간단히 얘기하면 ...

sigma interaction 을 갖기 때문인거에요 ...

saturated ligand 라고 생각하셔도 조아요~ ^^;

 

만약 ... CO, CN^-, NO2 ... 같이 ... strong field 라면 ... 당연히 low spin 일꺼구요 ...

그렇다면 ... CFSE 커지구 .... 이때 ... pi-acceptor 경향이 강해지죠 ...

d 오비탈을 갈라놓기 쉬우니까요 .. ^^;

 

글구 ... 이건 .. pi-donor ligand 랑 .. 전혀 틀린거죠 ...

공여하는 방식이 틀리죠 ...;;

그리구 .. 이 경우에는 .. 에너지가 역전(?) ... 바뀌죠 ..

 

근데 ... 음 ..;

sigma bonding 에 대해서는 .. 확실히(?) 하지 못한거 같네요 ;;

 

NCS 로 MLCT 방법을 쓰려면 ...

음 ... MLCT 는 CFSE 를 크게하는걸로 알고 있는데 ;;

예전에 ... metal-ligand MO 같은거 그릴때요 ..;

H2O, NH3 같은게 .. ligand 로 들어오면 ... weak field 로 그리고 그랬는데 ;;;

 

혹시 ... 이때 .. t2g level 를 높여서 ...

e2g 로 쉽게 접근(?)할 수 있도록 ... 만들어주는거 아닐까요 ..? ...

아아~ 설마 .. 이게 이래서 그런건가요 ..? -_-;;

 

normal(?) ligand 들의 sigma interaction 이 ...

HOMO 가 높아져서 그러는군요 ..!! ... -_-;;

 

첫번째 경우는 LUMO 조절하고 ..

두번째는 HOMO 조절하는거 같아서요 ..;

아마 .. 그거같은데요 ..? ^^;;