020. 화학반응공학 실험 보고서_PEMFC, DSSC 결과 보고서_200413_R0

1. 실험방법

① 수소와 Air의 가스밸브를 연다.

② Station의 전원을 켠다.

③ 수소와 산소가 2:1의 비율로 들어가야 하므로, 유량은 Air는 1L/min, 수소는 400cc/min을 설 정한다.

④ 성능을 측정하기위해 로드기를 연결하고 전압을 조절하며 전류의 변화를 관찰한다.

⑤ Voc를 측정한 후, 전류의 세기를 0~2.0A까지는 0.1A 씩 증가하고, 2~4A까지는 0.2A, 4.0A 이상인 구간에서는 0.5A씩 증가를 한다.(본래 70~80℃에서 관찰을 해야 하지만 현재 로드기에 문제가 생겨 상온에서 실험을 진행하였기 때문에 효율이 좋지 않았다.)

⑥ 측정하여 얻은 데이터를 표로 나타내고 이를 통해 분극곡선을 그린다.

 

2. 결과 및 고찰

가. 실험 Data

① 조작한 전류의 세기를 면적(25cm2)으로 나누어준다.

전류 [A]	전류밀도 [A/cm2]	전압 [V]	전류 [A]	전류밀도 [A/cm2]	전압 [V]
0.01	0.000	0.93	1.7	0.068	0.47
0.1	0.004	0.80	1.8	0.072	0.46
0.2	0.008	0.73	1.9	0.076	0.46
0.3	0.012	0.70	2.0	0.080	0.44
0.4	0.016	0.67	2.2	0.088	0.43
0.5	0.020	0.66	2.4	0.096	0.41
0.6	0.024	0.63	2.6	0.104	0.41
0.7	0.028	0.61	2.8	0.112	0.40
0.8	0.032	0.60	3.0	0.120	0.38
0.9	0.036	0.58	3.2	0.128	0.38
1.0	0.040	0.55	3.4	0.136	0.36
1.1	0.044	0.55	3.6	0.144	0.36
1.2	0.048	0.53	3.8	0.152	0.35
1.3	0.052	0.52	4.0	0.160	0.35
1.4	0.056	0.50	4.5	0.180	0.33
1.5	0.060	0.49	5.0	0.200	0.32
1.6	0.064	0.49	5.5	0.220	0.30

나. Data로 Polarization curve 그리기

다. Polarization Curve 분석(자세히) 및 실험 전반에 대한 고찰

그래프를 그리기 전 우선 전류의 세기를 면적인 25cm2로 나누어 전류밀도로 바꿔준다. 이에 따른 전압의 크기를 그래프로 나타내면 다음과 같다.

위의 그래프는 전압의 변화 양상에 따라 세부분으로 나눌 수 있다. 첫 부분은 전류밀도가 0.000~0.036A/cm2인 구간이다. 이때는 전류밀도가 증가함에 따라 전압이 급격하게 감소함을 볼 수 있었다. 두 번째 부분은 전류밀도가 0.036~0.144A/cm2인 구간이다. 이때는 전압강하가 완만하게 일어남을 알 수 있다. 마지막 세 번째 부분은 전류밀도가 0.144~0.22A/cm2인 구간으로 이때는 다시 감소함을 알 수 있다. 하지만 이번 실험에서 마지막 부분의 전압이 급격하게 감소하는 구간은 사실 뚜렷하게 나타나지 않았다.

이렇게 세 부분을 나눌 수 있는데 첫 부분처럼 전압이 급감하는 부분을 활성화 분극 영역(Activation polarization), 두 번째 부분처럼 전압이 완만하게 감소하는 부분을 저항 분극 영역(Ohmic polarization), 마지막으로 다시 전압이 급감하는 부분을 확산 분극 영역(Mass transfer polarization)이라고 한다.

0.00~0.036A/cm2에서 나타난 활성화 분극은 전극의 표면에서 이온 농도의 큰 변화 없이 전극 전위와 가역전위와의 차이에 의한 전류 이동에 의해 전자 전달 반응이 일어나면서 생긴다. 이는 화학반응에 의한 분극으로 연료 극에서 수소가 전자를 방출하는 과정이나 공기 극에서 산소가 전자를 받아들이는 과정에서 반응물질이 반응을 하기 위한 에너지가 필요하기 때문에 화학반응의 활성화에 필요한 에너지를 소비한다. 수소의 산화 반응에 비해 산소의 환원 반응이 어렵기 때문에 활성화 분극은 공기 극에서 대부분 나타난다.

0.036~0.144A/cm2에서 나타난 저항 분극은 이온 또는 전자가 이동하는 속도에 기인하는 분극이다. 이는 전해질 내의 이온 전도도, 분리 판이나 집전체 등의 전기 저항에 의한 손실을 뜻한다. 이는 전해질 막의 전도도가 무한대가 아니기 때문에 발생하는 분극이며 전도도의 증가 또는 전극 간의 거리를 줄임으로써 저항 분극으로 인해 발생하는 과전위를 감소시킬 수 있다. 저항 분극은 전해질 뿐만 아니라 분리판이나 전극에서의 전기저항 성분에 따른 영향도 있지만, 가장 큰 영향은 전해질에 의한 저항이다. 저항 분극 영역에서 전압이 완만하게 감소하는 것은 반응기체의 촉매 층으로의 확산, Anode에서 Cathode로의 수소이온의 이동, 생성된 물의 제거 등에 따른 저항 때문이다.

0.144~0.22A/cm2에서 나타난 확산 분극 영역은 반응물질이 전극으로 이동하는 속도나 생성물이 빠져나가는 과정에서 발생하는 분극이다. 반응물질은 전극에 공급하는 속도나 반응 생성물의 확산 속도에 영향을 받는다. 반응기체가 반응위치에 전달되는 속도가 반응속도에 비해 매우 느리기 때문에 전압강하가 일어나는 과전압 형태로, 농도 과전압이라고도 한다. 이를 분극곡선을 보면, 전류밀도가 높은 부분에서 전압이 급감하는 변곡점이 있고 이때의 전류를 제한전류라고 한다. 하지만 이번 실험에서는 확산 분극 영역에서의 전압의 급감하는 부분을 뚜렷하게 찾아보기 힘들었다. 그래프의 값을 비교해보면 활성화 분극보다는 적지만, 전압강하의 변화가 커진 부분을 확산 분극 영역이라고 선택했고, 이 부분에서 앞서 설명했던 농도 과전압 형태가 일어나기 때문에 전압강하가 일어났다고 보았다. 하지만 첫 부분에 비해 큰 전압강하가 일어나지 않았던 이유를 확산 분극 영역이 생기는 원인에서 찾아보면 이번 실험 때 반응기체가 반응위치에 전달되는 속도가 빨랐거나, 반응속도 자체가 느린 것을 뽑을 수 있다.

이번 실험에서 전체적인 경향성은 조사했던 바와 비슷하게 나왔지만, 전체적으로 보았을 때 전압강하가 평소보다 많이 일어났다. 본래 연료전지를 구동할 때 70~80℃의 온도로 올린 상태에서 해야 하지만 온도가 올라가게 되면 로드기에 문제가 생겨 상온에서 실험을 진행했기 때문에 연료전지 자체의 성능이 많이 떨어졌기 때문에 전압강하가 많이 일어났다고 생각한다.

PEMFC는 작동범위가 85~100℃이고, 화학반응으로 얻은 전기를 직접 사용하는 방식이기 때문에 화석연료에 비해 에너지 전환 효율이 높다는 특성을 갖는다. 따라서 가장 각광받고 있는 연료전지로서 자동차의 연료, 이동전원의 연료로써 연구가 진행되고 있다. 이번 실험은 이러한 PEMFC의 성능을 전류 값을 변화함에 따라 나타나는 전압강하와 전류밀도와의 관계를 분극곡선을 그려봄으로써 알아보는 실험이었다. 이번 실험을 통해 활성화 분극, 저항 분극, 확산 분극 등을 구분할 수 있으며, 분극 곡선에서 나타난 곡선의 기울기, 과전위 등을 통해 PEMFC의 성능과 특성을 알아볼 수 있었다.

 

3. Problems

① PEMFC에 인가하는 각 전류 값에 따라 필요로 하는 H2와 Air의 최소 유량을 구하시오.

전하량은 mol수 x F x 이온 가수나 전류x시간으로 나타낼 수 있다. 1A는 1C의 전하량을 1초 동안 흘렀음을 의미한다. F는 패러데이 상수로서 96500C/mol로 1mol의 전자가 가진 전하량을 나타낸다. 이를 이용해 다음과 같은 식을 표현할 수 있다.

 

1A의 전류를 인가할 때, 수소의 유량은 0.418L/hr이다. 이번 실험에서 산소는 수소유량의 절반이 필요하기 때문에, 0.209L/hr가 필요하다. 산소는 Air의 21%의 농도로 존재하기 때문에 이를 계산해주게 되면

의 유량을 주입해야 한다.

따라서 1A 전류를 인가할 때 필요한 수소의 유량은 0.418L/hr, 산소의 유량은 0.996L/hr이다.

 

② URFC(Unitized Regenerative Fuel Cell)와 PEMFC의 공통점과 차이점을 기술하시오.

URFC란 일체형 재생연료전지로서 가습 가스를 연료로 사용하는 연료전지 모드와 고온의 액체 상태의 물을 연료로 사용하는 전기분해 모드의 구동 환경 때문에 높은 수소 이온 전도도를 기본으로 하고, 수화 시 낮은 물 함유량과 높은 치수 안정성이 필요하다.

PEMFC에서 고분자 연료전지용 막은 높은 수소 이온 전도도, 기계적 물성, 화학적 안정성, 수화 안정성 등이 요구되는데, URFC에서 요구되는 연료전지용 막 또한 같은 부분이 요구된다. URFC에서 연료전지 모드에서는 PEMFC의 구동과 동일하게 수소와 산소의 산화, 환원 반응을 통해 전기에너지와 물을 생성하는 시스템이다. 하지만, PEMFC에서와 달리 URFC는 전기분해 모드에서 외부 전장을 셀에 인가해 연료전지 반응에서 부산물로 생성된 물을 전기분해 함으로써 셀 내에서 다시 수소와 산소를 발생시키는 차이가 있다. 이렇게 발생된 수소와 산소를 다시 연료전지 모드에 공급하여 전기에너지를 얻어내는 것이 URFC가 PEMFC와의 차이점이다. 이렇게 수소를 재생하여 사용하기 때문에 이용효율이 획기적으로 개선될 수 있는 장점을 갖는다. 하지만 현재 URFC용 전극의 성능이 낮기 때문에 에너지 변환 효율이 낮다. 따라서 아직까지는 이러한 효율을 높이기 위한 연구가 필요하다.

 

<DSSC>

1. 실험방법

[예비실험]

① 2개의 ITO Glass를 준비한다. ITO Glass는 일반유리와 달리 한 쪽 면만 전도성을 가진다. 이는 +극과 -극을 만들어주기 위함이다. 처음에 multimeter를 통해 전기전도성이 있는 면을 찾는다. multimeter와 접촉하였을 때 소리가 나는 면이 전기전도성이 있는 면이다.

② ITO Glass의 전기전도성이 있는 면에 Solution 상태의 Pt를 면봉을 이용해 전체적으로 고르게 발라준다. TiO2 Paste를 실크 판을 이용해 고르게 분포가 되도록 한다. 이 때 정 가운데가 아닌 어긋나게 발라준다. 이때 만들어준 면적은 4cm2이다.

③ ITO Glass를 열처리를 한 후 암실에서 Anode에 15분 정도 염료를 적신 뒤 건조시킨다.

(이때, 빛과 접촉되면 안되기 때문에 은박지로 감싸며 어두운 곳에서 진행해야 한다.)

[본실험]

④ 2개의 ITO Glass를 전기전도성이 있는 면이 마주 보도록 겹친 후 요오드 용액을 표면이 묻을 정도로 뿌려준 후, 집게를 이용하여 고정시킨다.

⑤ Solar Simulator의 전원을 켜고, Stable 램프에 불이 들어오면 사용한다.

⑥ Reference cell을 기준으로 잡고, 1Sun 조건을 맞춰준다. 이때, Reference cell이 0.6022mA 가 되도록 높이를 맞추어준다. (Reference 전지의 면적은 0.0534cm2이다.)

⑦ 1Sun의 조건을 만족하는 스탠드 높이의 조건에서 예비실험에서 만든 ITO Glass를 놓고 키슬리 장치와 컴퓨터를 이용하여 전압과 전류를 측정한다.

2. 결과 및 고찰

가. 실험 Data

 

Voltage(V)	I(mA)	J(mA/cm2)	P(mW/cm2)	Voltage(V)	I(mA)	J(mA/cm2)	P(mW/cm2)
0.8	-1.618	-0.405	-1.294	0.345	1.84	0.46	0.635
0.795	-1.578	-0.395	-1.255	0.34	1.879	0.47	0.639
0.79	-1.542	-0.386	-1.218	0.335	1.914	0.479	0.641
0.785	-1.505	-0.376	-1.181	0.33	1.955	0.489	0.645
0.78	-1.464	-0.366	-1.142	0.325	1.99	0.498	0.647
0.775	-1.427	-0.357	-1.106	0.32	2.028	0.507	0.649
0.77	-1.389	-0.347	-1.07	0.315	2.066	0.517	0.651
0.765	-1.348	-0.337	-1.031	0.31	2.106	0.527	0.653
0.76	-1.311	-0.328	-0.996	0.305	2.14	0.535	0.653
0.755	-1.273	-0.318	-0.961	0.3	2.179	0.545	0.654
0.75	-1.235	-0.309	-0.926	0.295	2.215	0.554	0.653
0.745	-1.197	-0.299	-0.892	0.29	2.254	0.564	0.654
0.74	-1.158	-0.29	-0.857	0.285	2.291	0.573	0.653
0.735	-1.12	-0.28	-0.823	0.28	2.329	0.582	0.652
0.73	-1.08	-0.27	-0.788	0.275	2.365	0.591	0.65
0.725	-1.042	-0.261	-0.755	0.27	2.401	0.6	0.648
0.72	-1.002	-0.251	-0.721	0.265	2.439	0.61	0.646
0.715	-0.968	-0.242	-0.692	0.26	2.476	0.619	0.644
0.71	-0.931	-0.233	-0.661	0.255	2.515	0.629	0.641
0.705	-0.891	-0.223	-0.628	0.25	2.551	0.638	0.638
0.7	-0.854	-0.214	-0.598	0.245	2.589	0.647	0.634
0.695	-0.814	-0.204	-0.566	0.24	2.625	0.656	0.63
0.69	-0.774	-0.194	-0.534	0.235	2.664	0.666	0.626
0.685	-0.739	-0.185	-0.506	0.23	2.701	0.675	0.621
0.68	-0.7	-0.175	-0.476	0.225	2.739	0.685	0.616
0.675	-0.665	-0.166	-0.449	0.22	2.777	0.694	0.611
0.67	-0.627	-0.157	-0.42	0.215	2.813	0.703	0.605
0.665	-0.588	-0.147	-0.391	0.21	2.851	0.713	0.599
0.66	-0.55	-0.138	-0.363	0.205	2.888	0.722	0.592
0.655	-0.511	-0.128	-0.335	0.2	2.923	0.731	0.585
0.65	-0.471	-0.118	-0.306	0.195	2.962	0.741	0.578
0.645	-0.434	-0.108	-0.28	0.19	3.002	0.751	0.57
0.64	-0.398	-0.099	-0.255	0.185	3.038	0.76	0.562
0.635	-0.36	-0.09	-0.228	0.18	3.076	0.769	0.554
0.63	-0.32	-0.08	-0.202	0.175	3.112	0.778	0.545
0.625	-0.283	-0.071	-0.177	0.17	3.148	0.787	0.535
0.62	-0.243	-0.061	-0.151	0.165	3.184	0.796	0.525
0.615	-0.206	-0.051	-0.127	0.16	3.222	0.806	0.516
0.61	-0.168	-0.042	-0.102	0.155	3.258	0.815	0.505
0.605	-0.128	-0.032	-0.077	0.15	3.295	0.824	0.494
0.6	-0.091	-0.023	-0.054	0.145	3.329	0.832	0.483
0.595	-0.054	-0.014	-0.032	0.14	3.369	0.842	0.472
0.59	-0.015	-0.004	-0.009	0.135	3.405	0.851	0.46
0.585	0.023	0.006	0.013	0.13	3.443	0.861	0.448
0.58	0.06	0.015	0.035	0.125	3.478	0.87	0.435
0.575	0.097	0.024	0.056	0.12	3.514	0.879	0.422
0.57	0.134	0.034	0.077	0.115	3.551	0.888	0.408
0.565	0.173	0.043	0.098	0.11	3.588	0.897	0.395
0.56	0.211	0.053	0.118	0.105	3.626	0.907	0.381
0.555	0.247	0.062	0.137	0.1	3.663	0.916	0.366
0.55	0.287	0.072	0.158	0.095	3.701	0.925	0.352
0.545	0.325	0.081	0.177	0.09	3.737	0.934	0.336
0.54	0.363	0.091	0.196	0.085	3.775	0.944	0.321
0.535	0.404	0.101	0.216	0.08	3.811	0.953	0.305
0.53	0.443	0.111	0.235	0.075	3.846	0.962	0.288
0.525	0.48	0.12	0.252	0.07	3.881	0.97	0.272
0.52	0.517	0.129	0.269	0.065	3.918	0.98	0.255
0.515	0.554	0.139	0.285	0.06	3.956	0.989	0.237
0.51	0.59	0.148	0.301	0.055	3.992	0.998	0.22
0.505	0.628	0.157	0.317	0.05	4.032	1.008	0.202
0.5	0.668	0.167	0.334	0.045	4.066	1.017	0.183
0.495	0.704	0.176	0.348	0.04	4.105	1.026	0.164
0.49	0.745	0.186	0.365	0.035	4.141	1.035	0.145
0.485	0.782	0.196	0.379	0.03	4.179	1.045	0.125
0.48	0.82	0.205	0.394	0.025	4.214	1.054	0.105
0.475	0.858	0.215	0.408	0.02	4.251	1.063	0.085
0.47	0.896	0.224	0.421	0.015	4.288	1.072	0.064
0.465	0.935	0.234	0.435	0.01	4.324	1.081	0.043
0.46	0.972	0.243	0.447	0.005	4.361	1.09	0.022
0.455	1.01	0.253	0.46	0	4.396	1.099	0
0.45	1.046	0.262	0.471	-0.005	4.434	1.109	-0.022
0.445	1.082	0.271	0.481	-0.01	4.469	1.117	-0.045
0.44	1.123	0.281	0.494	-0.015	4.505	1.126	-0.068
0.435	1.163	0.291	0.506	-0.02	4.541	1.135	-0.091
0.43	1.201	0.3	0.516	-0.025	4.579	1.145	-0.114
0.425	1.241	0.31	0.527	-0.03	4.616	1.154	-0.138
0.42	1.279	0.32	0.537	-0.035	4.651	1.163	-0.163
0.415	1.314	0.329	0.545	-0.04	4.686	1.172	-0.187
0.41	1.353	0.338	0.555	-0.045	4.723	1.181	-0.213
0.405	1.39	0.348	0.563	-0.05	4.763	1.191	-0.238
0.4	1.425	0.356	0.57	-0.055	4.795	1.199	-0.264
0.395	1.462	0.366	0.577	-0.06	4.832	1.208	-0.29
0.39	1.501	0.375	0.585	-0.065	4.869	1.217	-0.316
0.385	1.539	0.385	0.593	-0.07	4.905	1.226	-0.343
0.38	1.577	0.394	0.599	-0.075	4.942	1.236	-0.371
0.375	1.614	0.404	0.605	-0.08	4.977	1.244	-0.398
0.37	1.651	0.413	0.611	-0.085	5.013	1.253	-0.426
0.365	1.688	0.422	0.616	-0.09	5.051	1.263	-0.455
0.36	1.724	0.431	0.621	-0.095	5.085	1.271	-0.483
0.355	1.763	0.441	0.626	-0.1	5.121	1.28	-0.512
0.35	1.801	0.45	0.63

* 1차 실험 때 값이 이상하여 범위를 -1V~2V가 아닌 0.8V~-0.1V로 수정하여 실험하였다.

 

나. Data로부터 I-V curve, power curve, FF 그래프로 도시

① I-V Curve

 그래프의 I와 V의 수치를 이용해 그래프를 그리게 되면 다음과 같다.

여기서 Isc와 Voc를 구하기 위해 0V~0.588V의 값을 자른 뒤 Isc와 Voc를 나타내면

Isc는 4.396mA가 나오게 되고, Voc는 0.588V가 나오게 된다.

그래프는 다음과 같다.

 

②Power Curve

여기서 Voltage의 변화에 따른 Power의 크기 변화를 살펴볼 수 있는 Power Curve를 그릴 수 있다. 이를 다음과 같이 나타내보았다.

이 그래프 또한 0V부터 0.585V까지 정리할 수 있고 Power의 극댓값을 구하게 되면 0.29V~0.30V 범위에서 0.654mW/cm2가 나오게 된다. 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

③ FF(Fill factor)

여기서 나온 극댓값을 앞서 그렸던 I-V Curve에 대입하여 면적을 구하게 되면 다음과 같이 구할 수 있다.

이때 작은 사각형 넓이를 큰 사각형 넓이로 나누어 주게 되면 FF(Fill factor)를 구할 수 있다. 이때 FF를 구하는 과정은 다음과 같다.

따라서 FF는 0.253의 값을 가지게 된다. 이는 프로그램을 통해 얻은 값과 일치한다.

 

다. Data로 얻어진 Voc, Isc, FF를 이용하여 효율을 계산

태양전지의 효율 ŋ는 이전의 과정에서 얻어진 결과들을 통해 다음과 같이 구할 수 있다.

AE의 경우 해준 빛의 양으로 이번 실험에서는 reference를 이용해 1Sun으로 맞추었다. 1Sun은 100mW/cm2의 세기를 뜻하는데 실험 준비 단계에서 전극의 단면적을 4cm2로 하였고 이를 대입해 구해줄 수 있다. Pmax는 앞서 구한 0.654mW/cm2의 값을 대입해서 사용하면 된다.

따라서 태양전지의 효율은 0.163%가 나오게 된다.

 

∘실험 Data에서 나왔던 모든 결과들을 정리해보았다.

 

Voc (V)	0.588	FF	0.253
Isc (mA)	4.396	Eff (%)	0.163
Jsc (mA/cm2)	0.163	Pmax (mW)	0.654

 

라. 그래프 분석 및 실험 전반에 대한 고찰

이번 실험은 염료 감응형 태양전지인 DSSC를 직접 만들어보고 그 성능을 직접 측정해봄으로써 태양전지의 기본원리와 구조에 대해 알아보았던 실험이다. 이번 실험에서 DSSC를 통해 구해진 Data를 I-V Curve와 Power Curve로 도시해보았고, 이들 그래프를 통해 FF(Fill factor)와 효율(ŋ)을 계산했다. 실험을 진행할 때 기계의 이상으로 원래의 측정 범위였던 -1~2V가 아닌, -0.1V~0.8V에서 측정을 하였다. 또한 처음에 측정의 결과 값이 나오질 않았는데 이는 두 개의 ITO glass를 겹칠 때, 엇갈려서 겹치지 않았고, 딱 맞도록 겹쳤기 때문이다. 이 때문에 약간의 범위 수정과 반복 실험이 있었다. 반복 실험은 결과에 영향을 미치지는 않았다. 실험 결과로 나온 데이터들을 정리해보았고 이를 통해 몇 가지 그래프를 그릴 수 있었다.

먼저 I-V Curve는 태양전지에서 전압과 전류의 관계를 보여주는 그래프이다. I-V Curve에서는 Isc, Voc 및 FF에 대해 알 수 있다. Isc는 전압이 0V일 때의 전류이고, Voc는 전류가 0A일 때 전압이기 때문에 이는 그래프의 x,y축에서 확인할 수 있다. I-V Curve에서 그래프는 감소되는 모양을 띈다. 반대로 Power Curve에서는 포물선 형태의 그래프를 얻을 수 있었다. FF는 I-V Curve의 곡선 모양이 사각형에 얼마나 가까운지를 나타내는 지표인데, 이는 0.253으로 매우 차이가 크다는 것을 알 수 있었다.

데이터를 통해 Imax, Vmax, Isc, Voc를 구할 수 있고, 이 값들을 통해 FF를 알 수 있었다. 이를 위의 과정들을 통해 계산해본 결과 FF값이 0.253이 나오게 되었고, 이는 일반적으로 사용되는 태양전지의 FF 값인 0.7~0.8과 비교해보면 매우 작은 값임을 알 수 있었다.

또한 효율을 구해본 결과 0.163% 정도이고 Pmax 또한 0.654mW이기 때문에 실생활에서 거의 사용이 불가능하다.

이번 실험에서 만들어진 DSSC의 효율이 낮은 이유를 분석해보았다. ITO glass에 Pt와 TiO2를 직접 도포하여 만들었는데, 이때, 도포 량의 차이와 면봉을 이용해 도포하였으므로 면봉 속의 불순물이 함유되었을 수 있기 때문에 저항이 생겨 이로 인해 효율이 낮아졌음을 짐작할 수 있다. 또한 열처리 과정에서 완전한 건조가 일어나지 않았거나, 지나친 건조로 인해 염료나 TiO2가 변질되었을 수 있다. 마지막으로 당일 실험을 진행할 때, 1Sun의 양을 측정하고 높이를 맞춘 다음 그 높이에서의 값을 측정했는데 이 때 집게에 의해 높이가 유동적으로 바뀌기 때문에 측정값의 차이가 생길 수 있게 된다. 하지만 이점은 미세한 차이이기 때문에 이번 실험의 낮은 효율의 이유에는 영향을 크게 미치진 않았을 것이다.

이번 실험을 통해 DSSC에 대해 구조와 원리에 대해 이해할 수 있었고, 태양전지의 분석방법 또한 직접 알아볼 수 있었다. 태양전지의 효율이 낮아 아쉽지만 이에 대한 해결방안으로 많은 분야에서 연구가 진행되고 있기 때문에 앞으로 효율이 점차 높아질 것으로 기대된다. 조만간 효율의 문제가 해결되어 주 에너지원으로 사용할 수 있으면 좋겠다.

 

 

참고문헌

- 일체형 재생 연료전지(URFC)용 고분자 전해질 막의 이해, 정호영, 2011