For the flexible dye-sensitized solar cells(DSSCs), there are many researches to improve the electron transport in the $TiO_2$ electrode sintered at low temperature below 150℃. Low temperature sintering 150℃ is important because the flexible plastic substrate is deformed at over that temperature. CNT-mixed $TiO_2$ electrode is proven that can improve the performance of low temperature fabricated DSSCs.
This study incorporated the carbon nitride nanotubes(CNx) into the TiO2 electrode instead of CNT. The CNx is expected to help the transport of electron from TiO2 to the FTO substrate, because the energy level is more suitable for the TiO2 and FTO than the CNT. To check the different effect by the energy sturcuture, two type of CNx was grown. One was grown with 100 sccm flow of CH4 and 20 sccm of $N_2$ gas (C100N20), and the other was grown with 20 sccm flow of CH4 and 100 sccm of $N_2$ gas(C20N100).
This study also synthesized CNx which is coated by the 5nm-size TiO2 NPs. The contact between the CNx and the TiO2 nanoparticles are very important. The fine and small TiO2 nanoparticles may can help to improve the contact between them. The nanoparticles were synthesized at the autoclave from the prcursor, TTIP. And then it was dispersed with CNx in solution. Finally it was heated in the electric furnace at 150 ℃.
The C20N100 CNx incorporated cells showed better performance than the reference cell and the cell with CNT. The performance of TiO2-coated CNx cells were much better than the cells with the bare CNx.
This study showed CNx can improve the performance of DSSC more than the CNT. Moreover, coating the CNx with fine TiO2 nanoparticles, the efficiency can be raised up. Incorporating the CNx don’t need complicate additional process to the traditional DSSC fabrication process. After growing the CNx, it is very easy to mix it with TiO2 paste. Also, this method can be easily combined with other method so that they can make synergy effect.
유연한 유기염료태양전지(DSSC)를 만들기 위하여 많은 150℃ 이하의 저온에서 TiO2 전극을 신터링할 때 전자의 이동성을 향상시키려는 연구가 활발히 진행중이다. 150℃ 이하에서의 저온 신터링은 매우 중요한데 이는 유연한 태양전지 기판이 150℃ 이상에서는 변형될 가능성이 크기 때문이다. CNT가 섞인 TiO2 전극이 저온에서 제조된 DSSC의 효율을 향상시킨다고 보고된 바가 있다.
이 연구에서는 carbon nitride nanotubes(CNx)를 TiO2 전극에 CNT 대신 도입하였다. CNx는 TiO2 전극에서 FTO기판까지의 전자 이동을 도울 것으로 예상되는데 이는 CNx의 에너지 레벨이 TiO2와 FTO에 CNT보다 더 적합하기 때문이다. 에너지 구조에 의한 영향을 알아보기 위해 두가지 종류의 CNx를 성장시켰다. 하나는 CH4 가스 100 sccm, N2 가스 20 sccm(C100N20)에서, 다른 하나는 하나는 CH4 가스 20 sccm, N2 가스 100 sccm(C20N100)에서 성장시켰다.
이 연구는 또한 5 nm 정도의 직경을 지니는 미세한 TiO2 나노입자로 코팅된 CNx를 합성하였다. CNx와 TiO2 나노입자 사이의 접촉은 매우 중요하다. 미세한 TiO2 나노입자는 이들 간의 접촉을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다. 나노입자들은 Ti 전구체인 TTIP로부터 오토클레이브를 이용해 합성하였고 그 후 용액에 CNx와 함께 분산시켰다. 마지막으로 CVD에서 450℃의 열처리를 하였다.
CNx가 도입된 전지는 종류에 따라 레퍼런스 셀이나 CNT를 포함한 셀보다 더 나은 효율을 보였다. TiO2가 코팅된 CNx를 포함한 전지는 다른 일반 CNx를 사용한 셀보다 훨씬 높은 효율을 보였다.
이 연구는 CNx가 DSSC의 성능을 CNT보다 더 많이 올릴 수 있음을 보였다. 미세한 TiO2 입자를 CNx에 코팅한 경우는 더욱 높은 성능을 보였다. CNx를 도입하는 데에는 기존 공정에 비해 비싼 추가 공정이 필요치 않다는 점 역시 큰 장점이다. 먼저 CNx를 합성하고 공정 중 TiO2 페이스트와 섞어주기만 하면 된다. 또한 이 방법은 기존 다른 연구와 함께 사용될 수 있으며 쉽게 시너지를 일으킬 수 있을 것으로 생각된다.
