염료감응태양전지(이하:DSSC)의 작동원리는 광합성(photosynthesis)과 같은 산화-환원(Redux)과정으로 이루어집니다.
작동과정에서의 자세한 물리적,화학적 설명은 이후에 다시 다루기로 하고.. 반응에 따른 작동원리를 순차적으로 정리하면 아래와 같습니다.
<그림1> DSSC 구조
1. 태양광 조사
태양빛(광)이 DSSC의 투명전극을 통과하여,TiO2 나노결정체에 흡수되어있는 염료(dye)를 조사하게 됩니다.
2. 염료전자의 광여기상태로 전이
염료가 태양빛을 흡수하면 염료의 전자가 기저상태(Ground State)에서 여기상태(Excited State)로 변화,즉 광여기(photoexcitation)상태가 됩니다.
3.전자 주입
들뜬 전자는 TiO2의 전도대(conduction band)로 점프하게 됩니다.
4. 전자의 확산
주입된 전자는 다공질의 TiO2의 막을 통해 확산되어 투명전극까지 도달하게 됩니다.
5. 상대전극으로 이동
전극에 도달한 전자는 외부회로를 통해 상대전극으로 이동하게됩니다.
6. 염료의 환원
반면,전자를 TiO2에 빼앗긴 염료는 전해질 (요오드화물 이온(iodide ion))로부터 전자를 얻어 환원되고 요오드화물(iodide)은 요오드(iodine)로 산화됩니다.
7. 요오드화물의 환원
또한,요오드(iodine)는 상대전극으로부터 전자를 얻어 요오드화물(iodide)로 역시 환원됩니다.
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이런 과정의 산화환원작용의 반복으로 태양빛(광)으로부터 전류를 얻을 수 있게 됩니다.
원리를 이해하시는데 조금이나마 도움이 되셨는지요? *^^*
Written by 칼리우마