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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.31 No.1 pp.16-22
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2021.31.1.16

Improvement of Short-Circuit Current of Quantum Dot Sensitive Solar Cell Through Various Size of Quantum Dots

Seung Hwan Ji1, Hye Won Yun1, Jin Ho Lee1, Bum-Sung Kim2, Woo-Byoung Kim1
1Department of Energy Engineering, Dankook University, Cheonan-si 31116, Republic of Korea
2Korea Institute for Rare Metals, Korea Institute of Industrial Technology, Incheon 21999, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : woo7838@dankook.ac.kr (W.-B. Kim, Dankook Univ.)
November 2, 2020 December 8, 2020 December 8, 2020

Abstract


In this study, quantum dot-sensitized solar cells (QDSSC) using CdSe/ZnS quantum dots (QD) of various sizes with green, yellow, and red colors are developed. Quantum dots, depending their different sizes, have advantages of absorbing light of various wavelengths. This absorption of light of various wavelengths increases the photocurrent production of solar cells. The absorption and emission peaks and excellent photochemical properties of the synthesized quantum dots are confirmed through UV-visible and photoluminescence (PL) analysis. In TEM analysis, the average sizes of individual green, yellow, and red quantum dots are shown to be 5 nm, 6 nm, and 8 nm. The J-V curves of QDSSC for one type of QD show a current density of 1.7 mA/cm2 and an open-circuit voltage of 0.49 V, while QDSSC using three type of QDs shows improved electrical characteristics of 5.52 mA/cm2 and 0.52 V. As a result, the photoelectric conversion efficiency of QDSSC using one type of QD is as low as 0.53 %, but QDSSC using three type of QDs has a measured efficiency of 1.4 %.



양자점 입도제어를 통한 양자점 감응형 태양전지 단락전류 향상

지 승환1, 윤 혜원1, 이 진호1, 김 범성2, 김 우병1
1단국대학교 에너지공학과
2한국생산기술연구원 한국희소금속산업기술센터

초록


    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1.서 론

    염료 감응형 태양전지는 기존의 태양전지들의 대안인 3세대 태양전지 중 하나로 많은 연구가 진행이 되고 있 다. 염료 감응형 태양전지는 전도성 기판 위에 TiO2와 같은 반도체 산화물이 코팅된 작동 전극(양극)과, 반도 체 산화물 입자 표면에 흡착되어 빛을 받으면 전자와 정 공 쌍을 생성하는 염료 그리고 백금, 금, 은 등으로 코 팅된 상대 전극(음극)으로 구성된다.1-4) 염료 감응형 태 양전지는 제조공정이 간단하고, 다양한 색상의 태양전지 구현과 플렉서블한 기판 위에 제조가 가능한 장점이 있 다.5-6) 일반적으로 작동 전극인 TiO2 층에 흡착시키는 염 료는 루테늄 계열의 염료가 많이 사용해왔다. 하지만 루 테늄 계열의 염료는 희소금속으로 지정되어 태양전지의 제조 비용상승을 주도하고 있는 문제점이 있다. 따라서 최근에 루테늄 계열의 염료 대신에 Cds, CdSe, PbS, PbSe와 같은 양자점을 흡착시켜 태양전지를 제작하는 연 구가 많이 시도되었다.7-8) 양자점을 감광제로 사용할 경 우에는 양자점의 사이즈에 따라 다양한 밴드 갭을 갖고 있을 뿐만 아니라 양자점이 밴드갭 보다 높은 광자를 흡 수하였을 때 하나 이상의 전자와 정공 쌍이 생성되는 (multiple excited generation) 효과와 기존의 염료보다 높 은 흡광 계수로 암 전류를 감소시켜 태양전지의 효율을 증가할 수 있는 장점이 있다.9-13) 하지만 이러한 양자점 의 장점에도 불구하고 양자점 감응형 태양전지는 광전 변환 효율이 기대보다 높지 않은 문제가 있다.14-15)

    이러한 양자점 감응형 태양전지의 광전 변환 효율이 낮 은 점을 극복하기 위해 successive ionic layer adsorption (SILAR)와 chemical bath deposition (CBD)와 같은 이온으로 QD층을 TiO2 박막에 직접적으로 성장시키는 방법과 같은 연구가 많이 진행이 되었다.16-17) 이온 성 장법은 QD를 TiO2 박막에 성장시키는데 매우 간편한 방법이지만 이러한 이온으로 성장한 QD층은 입자의 크 기와 결정도에 대한 제어와 입자의 결정성이 낮아 여 전히 광전 변환 효율이 낮은 문제가 있다.18) 이와 같 은 문제를 극복하기 위해 양자점을 mercaptiorpropionic acid, trioctylphosphine, trioctylphosphin oxide와 같은 linker를 이용하여 흡착시키는 방법이나 electrophoretic depiction (EPD)와 같은 QD층 증착이 아닌 양자점 QD 입자를 직접적으로 TiO2 박막에 흡착시키는 방법의 연구 가 많이 시도되었다.19) 하지만 이러한 방법들은 QD가 빛 을 흡수할 수 있는 파장의 범위가 한정적인 문제가 있 다. 이러한 문제로 양자점 감응형 태양전지의 효율을 향 상 시키기 위해 기존의 염료 감응형 태양전지나 양자점 감응형 태양전지처럼 한 가지 종류의 감광제만 사용하 지 않고 QD층이 아닌 결정성을 가진 다양한 사이즈의 양자점 입자를 흡착 시켜 양자점 감응형 태양전지를 연 구할 필요가 있다.

    따라서 본 연구에서는 양자점 감응형 태양전지의 광전 변환 효율 향상을 위해 다양한 사이즈의 양자점을 흡착 하여 양자점 감응형 태양전지를 제작하여 전기적 특성 을 평가하였고, 다양한 사이즈의 양자점 감광제를 통하 여 태양전지의 탠덤 화를 구성하고 흡수 가시광선을 늘 려 광자의 흡수를 극대화할 수 있다.

    2. 실험 방법

    2.1 CdSe/ZnS 양자점 제조

    One-pot synthesis 합성법을 이용하여 양자점의 코어 쉘 구조인 CdSe/ZnS 양자점을 합성한다. S-Se 전구체 를 제조하기 위해 반응 용기에 trioctylphosphine (90 %, sigma-aldrich)에 selenium 분말 (Se, 99.99 %, sigmaaldrich) 과 sulfur (S, 99.98 %, sigma-aldrich)를 상온에서 교반자를 이용한 교반을 실시하여 TOP-S-Se 화합물을 제 조하였다. Zn-Cd 전구체를 카드뮴 전구체를 만들기 위해 3구 플라스크에 cadmium oxide (CdO 99 %, Aldrich), 1-octadecene (90 %, sigma-aldrich) 그리고 oleic acid (90 %, sigma-aldrich)를 넣어 카드뮴 전구체를 제조하였 다. 이때 Zn-Cd 전구체는 삼 구 플라스크에 아르곤(Ar) 흐름 하에서 160 °C 30분 교반 동안 반응 시켜 degassing 하였다. TOP-S-Se 화합물과 Zn-Cd 화합물을 반응시키기 위해 Zn-Cd 전구체 310 °C까지 가열하였다. 310 °C까지 가열이 되었을 때 Zn-Cd 전구체가 포함된 3구 플라스 크의 주입구에 TOP-S-Se 전구체를 빠르게 주입한 후 10 분간 반응시켰다. 10분 반응 후 삼구 플라스크는 상온 에서 냉각하여 CdSe/ZnS 양자점을 합성하였다. 다양한 size의 CdSe/ZnS 양자점을 합성하기 위해서 합성시에 양 자점의 core와 shell에 해당하는 CdSe와 ZnS의 비율 변 화를 통하여 양자점의 입도를 제어하였다. 합성이 끝난 다양한 파장대의 발광 CdSe 양자점은 에탄올 (ethanol, ETOL 99.9 %)과 톨루엔 1:10:1의 부피 비율로 washing 하여 유기물을 제거한 후 hexane으로 분산시켰다.

    2.2 양자점 감응형 태양전지 셀 제조

    TiO2 페이스트를 제조하기 위하여 상용 TiO2 파우더 P25와 hydroxypropyul cellulose, acetylaceton를 혼합 하 였다. 전도성 기판으로 FTO (flouorine tin oxide, 6Ω) 가 증착되어 있는 glass를 사용 하였다. 기판은 약 1.2 × 1.5 cm로 절단 한 후 아세톤, 에틸알코올, 이소프로필 알코올 용액순서로 10분동안 초음파 세척기를 사용하여 세척 하였다. 세척된 전도성 기판에 스카치 테이프를 이 용하여 0.5 × 0.4 cm 마스킹을 한 뒤 제조한 페이스트를 doctor-blade법으로 프린팅하였다. 이후 TiO2 페이스트를 프 린팅한 FTO glass를 유기물을 제거하고 소결을 하기 위 해 450 °C 로 열처리를 진행하였다. 합성한 양자점을 TiO2 막에 흡착 시키기 위해 양자점의 washing을 5회 정도 진 행하는데 이는 양자점의 표면에 유기물을 최대한 제거하 기 위함이다. washing이 끝난 양자점은 dichloromethane 에 분산 시켜 양자점 분산 용액을 제조한 후 분산 용 액에 TiO2 박막이 깔린 FTO glass를 넣은 후 암 막에 서 3일동안 흡착시킨다. 흡착된 양자점은 SILAR 방법 을 이용하여 에탄올에 Na2S (99.99 %, Aldrich) 분산용 액에서 S+를 메탄올에 zinc nitrate hexahydrate (98.0 %, DAE JUNG)을 분산 시켜 Zn2+ 용액을 제조 하여 SILAR 방법 ZnS passivation을 진행 하였다. 상대 전극을 제조 하기 위해 brass foil (Alfa Aesar, 0.25 mm thick)을 HCl (Daejung, 35 ~ 37 %)에 80 °C에 30분 동안 에칭하였다. 에칭한 brass foil을 충분히 건조한 후에 polysulfide 용액 을 떨어 뜨려 Cu2S 층을 제조한 후에 D.I water로 세척 후 N2 가스로 건조하여 제조하였다. 전해질인 polysulfide 는 Na2S (99.99%, Aldrich)와 sulfur (S, 99.98%, sigmaaldrich) 을 D. I water에 혼합하여 제조하였다. 제조한 양 극과 음극을 surlyn을 이용하여 양극과 음극을 부착하여 셀을 제조하였다.

    3. 결과 및 고찰

    Fig. 1는 선행 연구의 CdSe/ZnS 양자점 합성법을 이용 하여 합성한 양자점의 365 nm 파장 OD (Optical density) 0.09 ~ 0.099에서의 UV-visible 분석기를 통한 흡광도 분 석 결과이다. 합성한 CdSe/ZnS 양자점은 각각 520 nm, 560 nm, 590 nm 파장의 흡광 피크를 가지는 것으로 확 인할 수 있다. 양자점은 입자의 크기가 엑시톤의 보어 반 경 보다 작아지게 되면 양자 구속효과에 의해 입자의 크 기에 따라 밴드 갭이 변하게 되는데 이때 양자점의 밴 드 갭은 입자크기와 흡광 피크에 반비례한다. 따라서 520 nm의 흡광 피크를 가지는 CdSe/ZnS 양자점이 green 색 을 가지고 입자의 사이즈가 가장 작을 것으로 예상할 수 있다. 또 한 560 nm의 흡광 피크를 가지는 CdSe/ZnS 양자점은 yellow 색을 가지며 green 양자점 보다 사이 즈가 조금 증가하고, 590 nm의 흡광 피크의 CdSe/ZnS 양자점은 red 색이며 입자의 사이즈가 가장 크다. 이러 한 양자점의 사이즈의 차이는 양자점을 합성 할 때 양 자점의 전구체의 비율 변화를 통하여 사이즈를 조절하 였다. 양자점의 사이즈와 밴드갭은 양자점의 core의 사 이즈에 큰 영향을 받기 때문에 코어의 비율 조절을 통 하여 양자점의 사이즈를 제어를 할 수 있다. 따라서 green, yellow, red 색의 양자점이 core인 Cd, Se 전구체 비율 증가와 Zn,S의 비율 감소를 통하여 합성될 수 있 는 것을 UV-visible 흡광도 데이터를 통하여 확인한 결 과 이전의 문헌과 같은 것을 볼 수 있다.20)

    Fig. 2는 합성한 green, yellow, red 양자점의 PL emission 분석 결과 이다. green, yellow, red CdSe/ZnS 양자점은 각각 543 nm, 570 nm, 610 nm의 발광 파장을 3가지는 것으로 확인할 수 있다. 위의 Fig. 1의 데이터 결과와 비슷하게 양자점의 합성시 core의 비율이 증가함 에 따라 양자점의 사이즈와 발광 피크가 증가함을 확인 하였다. 이 때 각각의 CdSe/ZnS 양자점의 흡광 피크와 발광 피크가 green색 양자점은 23 nm, yellow 색 양자 점은 10 nm, red 색 양자점은 20 nm의 차이가 발생한 다. 이러한 피크의 차이는 양자점이 광자를 흡수하여 여 기 된 전자가 다시 안정한 상태로 돌아갈 때 에너지를 다시 방출하는데 이때 방출하는 에너지가 흡수한 광자 에너지 보다 작기 때문에 이러한 차이가 발생하고 이러 한 차이를 스토크스 이동(stokes shift)이라고 한다. 또한 PL 분석을 통하여 QY % (quantum yield)가 green 양 자점 같은 경우에는 91.33 %로 높은 양자효율이 측정되 었는데 이는 core보다 밴드 갭이 크며 무기 반도체인 shell을 core 표면에 형성된 구조이기 때문에 양이온과 음 이온 모두를 보호하는데 효율적이며 안정적으로 구성되 어 단일 core 구조보다 높은 양자 효율을 확인할 수 있 다. 또한 높은 양자 효율은 shell 형성으로 인해 core 표 면에 존재하는 양자점 표면 trap state와 같은 결함이 passivation된 결과라 할 수 있다. 따라서 이러한 높은 양 자 효율의 양자점을 태양전지에 적용하였을 경우에도 표 면 결함이 작고 안정한 구조이기 때문에 여기된 전자가 쉽게 이동할 수 있을 것으로 예상하였다.

    Fig. 3(a), (b), (c)는 각각 green, yellow, red CdSe/ ZnS 양자점의 TEM 분석 이미지 이다. green, yellow, red 색의 양자점은 순서대로 코어 전구체 비율을 높이 면서 합성 하였기 때문에 green, yellow, red 순서로 입 자의 사이즈가 크게 합성 되었을 것으로 예상 하였다. 실제 green, yellow, red 양자점의 TEM 이미지 분석 결 과 green 색은 5.1 nm ~ 5.5 nm, yellow 색은 6.7 nm ~ 7.0, red 색은 8.2 nm ~ 8.9 nm의 사이즈로 측정 되었다. 이러한 양자점의 코어 전구체의 비율에 따라 양자점의 사 이즈가 변하는 이유는 양자점 합성시 nucleation, growth 과정에서 생성되는 CdSe가 깁스 에너지가 ZnS에 비해 작기 때문에 코어가 가장 먼저 생성 되는 것이고 이때 생성되는 코어의 크기가 양자점 전체의 파장과 사이즈 를 결정 하게 된다.20) 따라서 TEM 이미지 분석 결과를 통하여 양자점의 코어와 셀 구체 비율 변화에 따라 양 자점의 입자의 크기가 변하는 것으로 확인할 수 있고 이 전의 UV-visible 흡광도와 PL emission 데이터의 양자점 의 사이즈 크기 예상 결과와 일치하는 것으로 판단 된다.

    Fig. 4는 green, yellow, red 각각의 동일 한 농도로 1 종류의 양자점과, 2종류(green, yellow) 같은 비율로 섞 은 양자점, 3종류(green, yellow, red) 을 같은 비율로 혼 합한 양자점 혼합 용액의 UV-visible 흡광도 결과 이다. Fig. 4(a)에 한 종류의 green, yellow, red 양자점은 각각 520 nm, 560 nm, 61 nm 각각의 파장 피크를 가지고 있다. 하지만 Fig. 4(b)에 1종류 green 색의 양자점만 사용하였을 경우에는 520 nm의 파장 피크의 빛만 흡수 할 수 있지만 2종류의 green, yellow 색의 양자점을 섞 은 경우에는 first absorption으로 520 nm의 흡광 피크 를 second absorption으로 560 nm 두 파장의 흡광 피크 를 가질 수 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 3종류의 green, yellow, red를 같은 비율로 혼합한 양자점은 first absorption으로 520 nm와 second absorption 560 nm, third absorption 610 nm의 파장까지 빛 흡광 영역이 증 가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 한 종류의 양자점 을 사용하였을 경우 보다 2종류의 양자점을 사용하였을 때 흡광 피크가 늘어나고 3종류의 양자점을 사용하였을 때 2종류 섞은 것과 한 종류를 사용하였을 경우보다 더 많은 흡광 피크를 가지기 때문에 태양전지에 적용하였 을 경우 더 많은 빛을 흡수할 수 있을 것으로 판단된다.

    Fig. 5는 1종류 양자점(green), 2종류 양자점(green, yellow), 3종류 양자점(green, yellow, red)을 양자점 감응 형 태양전지에 적용한 J-V 곡선이다. 단락 전류 밀도(Jsc), 개방전압(Voc), 충진률(F.F.) 효율(C.E)는 Table 2에 정 리하였다. 광전 변환 효율(power conversion efficiency, PCE, n)은 다음과 같은 식으로 계산하였다.21)

    F.F =  P MAX P T = I MAX V MAX I SC V OC
    (1)

    η =  P out P light = F.F V OC J SC P light
    (2)

    광전 변환 효율은 1종류 양자점(green)을 사용한 QDSSC 같은 경우에는 효율이 0.53 %를 나타내며 2종류 양자 점 (green, yellow)을 사용한 QDSSC는 효율이 1.11 % 로 약 0.5 % 증가한 것을 확인할 수 있다. 3종류 양자 점 (green, yellow, red)을 사용한 QDSSC 1.4 %로 가 장 높은 광전 변환 효율을 보이고 있다. 이 결과를 통 해 흡광 피크가 다른 양자점의 종류를 더 할수록 광전 변환 효율이 증가함을 확인할 수 있다. 이에 대한 광전 변환 특성 중 개방전압은 1종류 양자점을 적용한 QDSSC 는 0.49 V, 2 종류 양자점을 적용한 경우는 0.52 V, 3종 류 양자점은 0.52 V로 개방 전압이 측정되었다. 개방전 압은 전자의 재결합에 따라 달라지는데 이 전자 재결합 은 입자 간의 결합특성이 좋지 않거나 셀 내부의 저항 이 많아 전자의 흐름이 좋지 않을 경우 많이 발생한다. 따라서 샘플의 개방 전압 값이 2, 3종류의 양자점을 사 용하면 전자의 재결합이 한 종류 양자점을 사용하였을 때 보다 줄어 드는 것으로 예상할 수 있다. 단락 전류 는 1종류 양자점을 사용하였을 때 1.7 mA/cm2, 2종류 양자점은 3.32 mA/cm2, 3 종류 양자점은 5.52 mA/cm2 로 단락 전류 밀도 값이 측정되었다. 단락 전류 밀도는 단락 전류에 셀의 면적을 나눈 값이다. 단락 전류의 값 은 양자점이 광자를 흡수하였을 때 여기 된 전자를 많 이 생성하면 전류 값이 증가한다. 1종류 양자점만 사용 하였을 때 보다 2종류 양자점을 사용하였을 경우에 단 락 전류 밀도가 증가하였는데 이는 2종류의 양자점이 520 nm, 560 nm 파장을 흡수할 수 있어 같은 빛을 받 아도 더욱 많은 전자쌍을 생성하기 때문에 단락 전류 밀 도가 더욱 높은 값을 가진다. 이때 2종류에서 3종류의 양자점을 사용하였을 경우 흡수할 수 있는 파장 범위를 610 nm 파장 증가하였기 때문에 더욱 단락 전류 밀도 가 증가하였다. 따라서 서로 다른 사이즈의 양자점 작 동 전극에 흡착 시켜 QDSSC를 제작하는 경우 한 가지 종류의 양자점만 사용할 때 보다 광 변환 특성이 우수 한 것을 확인할 수 있다.

    Fig. 6은 1종류(green) 양자점, 2종류(green, yellow) 양 자점, 3종류(green, yellow, red) 양자점을 적용한 QDSSC 의 EIS 분석 결과이며 Table 3에 정리 되어있다. Fig. 6 은 nyquist diagram에서 볼 수 있는 세 가지의 반원은 주파수 크기 영역에 따라 세 영역으로 나누어 진다. R0 의 값은 그래프 시작하는 점 까지의 영역이고 105 Hz 이상에서의 저항 값이 측정이 되며 FTO glass의 표면 과 TiO2 입자사이의 계면 저항의 값이다. R1은 첫 번째 반원으로 102 ~ 105 Hz 범위에서 측정되며 음극에서의 전 하수송의 저항으로 음극과 TiO2 사이의 관련된 저항의 값이다. R2는 두 번째 반원으로 101 ~ 102 Hz 범위에서 측정하고 양극 내에 TiO2와 양자점, 전해질 사이 계면 에서의 전하 수송에 관련된 저항 값을 나타낸다. Fig. 6 첫 번째 반원은 거의 보이지 않기 때문에 음극에서의 전 하 수송에는 큰 저항이 보이지 않는 것으로 판단 된다. 두 번째 반원은 1 종류 양자점만 사용 하였을 때 180 Ω으로 가장 큰 저항을 보이고 2 종류 양자점을 적용한 QDSSC는 145 Ω으로 저항이 줄어들고 3 종류 양자점 을 적용한 QDSSC는 20 Ω으로 저항이 감소함을 확인 할 수 있다. 이는 두 번째 반원은 TiO2와 양자점, 전해 질사이 즉 양극에서의 전자의 흐름과 관련이 있는데 양 자점의 종류를 증가할 수록 양극에서의 전자의 흐름이 개선되고 전자의 재결합이 줄어 든 것을 앞의 개방전압 의 데이터와 동일하게 확인할 수 있다. 22-23)이러한 전자 의 흐름이 개선된 이유는 양자점은 크기에 따라 다양한 밴드 갭을 가지고 있는데 사이즈가 작을수록 양자 구속 효과에 의해 밴드 갭이 커진다. 따라서 사이즈가 가장 큰 양자점 red 양자점은 밴드갭이 가장 작고 yellow에 서 green 양자점으로 갈수록 밴드 갭이 커지기 때문에 밴드갭의 페르미 레벨을 맞추게 되면 red, yellow, green 순으로 계단 형식으로 전자가 이동하기 쉽게 구성이 되 어 전자의 재결합 또한 감소한 것으로 판단된다. 또한 정공 또한 반대로 red, yellow, green 순서로 이동하기 쉽게 구성이 되어 양극 계면에서의 저항이 줄어 들은 것 으로 보인다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 다양한 크기의 CdSe/ZnS 양자점을 이 용하여 양자점 감응형 태양전지에 관한 연구를 진행하 였다. CdSe/ZnS 양자점은 hot-injection 방법으로 합성 하였고, 합성 과정에서 core 전구체 물질인 Cd,Se 농도 의 조절을 통하여 양자점의 사이즈를 제어 하였다. Uv- Visible 분석 결과 red, yellow, green 양자점은 각각 520 nm, 560 nm, 590 nm 파장의 흡광 피크를 가지는 것 으로 확인할 수 있다. PL 분석 결과 발광 피크가 543 nm, 570 nm, 610 nm로 합성 과정에서 core 전구체의 몰 비율을 증가시킴에 따라 양자점의 흡광, 발광 파장의 피 크가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 1종류 (green) 양자점만 TiO2 필름에 흡착시켜 양자점 감응형 태양전지를 제조하였을 경우 광전 변환 효율은 0.53 % 였지만 2종류(green, yellow) 양자점을 적용하면 1.11 %, 3종류(green, yellow, red) 양자점을 적용하면 1.4 %로 광 전 변환 효율이 3배 증가하는 것을 볼 수 있다. 이 결 과를 통해 3종류 양자점을 적용하면 빛이 흡수할 수 있 는 파장 범위가 증가하기 때문에 양자점에서 전자와 정 공 쌍의 생성이 많아 전류가 증가함을 단란전류밀도의 증가와 UV-visible 데이터를 통하여 확인하였다. 또한 EIS 분석을 통해 1종류 양자점을 사용하였을 경우 양극 계면에서 저항이 180 Ω으로 가장 큰 저항을 보였지만 2 종류 양자점은 145 Ω, 3종류 양자점 20 Ω으로 저항이 감 소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 3종류 양자점을 적 용하게 되면 서로 다른 밴드갭을 가지는 양자점이 green, yellow, red 순서로 계단형식으로 밴드갭 정렬이 되기 때 문에 전자의 재결합이 감소하고 전자의 흐름이 개선되 는 효과를 볼 수 있다. 이상의 결과를 통하여 다양한 크 기의 양자점을 적용하면 양자점 감응형 태양전지의 광 전 변환 효율이 증가하기 때문에 태양전지의 탠덤 화도 기대할 수 있다.

    Figure

    MRSK-31-1-16_F1.gif

    UV-vis absorption of the as-synthesized CdSe/ZnS QDs with different Cd: Se: Zn: S ratios.

    MRSK-31-1-16_F2.gif

    PL emission spectra obtained for the as-synthesized CdSe/ ZnS QDs with different Cd: Se:Zn:S ratios.

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    TEM images of CdSe/ZnS Qd (a) green, (b) yellow, (c) Red.

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    UV-vis absorption of the (a) Green, Yellow, Red Qds one type of quantum dot, each with the same amount and the same concentration, (b) Green, two types (Green + Yellow), Three types (Green+Yellow+Red) same concentration of mixed quantum dots.

    MRSK-31-1-16_F5.gif

    J-V (current density- voltage) graphs an photovoltaic of Green, Green + yellow, Green + yellow + red.

    MRSK-31-1-16_F6.gif

    (a) Nyquist plots of QDSSCs with Green, Green + yellow, Green + yellow + Red, (b) Typical Nyquist plots of DSSCs corresponding to the DSSCs structure, and (c) Nyquist plots of QDSSCs Resistances table with Green, Green + yellow,Green + yellow + Red, (d) An energy level schematic diagram for Green + yellow + red Qdssc.

    Table

    The optical properties of Green, Yellow, Red CdSe/ZnS Qds.

    J-V(current density-voltage) photovoltaic efficiencies table of Green, G + Y, G +Y+R QDSSCs.

    Electrochemical impedance spectra table of G, G + Y, G +Y+R.

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