[화학공학실험] 염료 감응형 태양전지 실험 결과보고서(A+실험레포트)

소개글

"[화학공학실험] 염료 감응형 태양전지 실험 결과보고서(실험레포트)"에 대한 내용입니다.

목차

1.주제(Title)
2.실험날짜(Experiment date)
3.실험결과(Results)
4.고찰(Discussion)
5.참고문헌(Reference)

본문내용

4. 고찰(Discussion)

이번 실험의 목적은 전해질과 천연염료를 이용하여 염료 감응형 태양전지를 만들고 광합성과 같은 원리를 통해 태양전지를 작동시켜보는 것이었다. 전체적인 실험과정을 살펴보면 우선 블랙베리로부터 추출한 안토시아닌을 천연염료로써 사용하였다. 안토시아닌은 물질을 킬레이트화 하려는 성질을 갖기 때문에 로 전자를 이동시킬 수 있고 이 전자가 전극을 통해 이동하면서 전류를 발생시키게 된다. 이때 태양전지의 전극을 만들기 위해 투명한 전도성 유리인 ITO Glass를 이용했고 한쪽은 탄소로 코팅하여 산화전극과 환원전극의 역할을 할 수 있도록 하였다. 여기에 산화전극 쪽은 를 잘게 부숴 펴 바른 뒤 고온으로 가열 및 냉각하고 안토시아닌 염료를 염색시켜 전해액이 도포된 환원전극, 즉 탄소로 코팅 된 유리로 덮으면 염료 감응형 태양전지가 완성된다. 이렇게 만든 태양전지는 태양빛을 받아 전류가 흐르게 되는데 자세한 원리를 살펴보면 우선 태양으로부터 쏘아진 광자가 염료와 부딪침으로써 전자의 에너지 준위가 높아지게 된다. 그렇게 점점 에너지 준위가 높아지면 일정수준의 에너지 이상에서 들뜬 상태의 전자가 되는데 이를 여기 전자라고하고 여기 전자는 를 거쳐 산화전극으로 이동하게 된다. 물론 이때의 안토시아닌 염료는 전자를 방출했기 때문에 산화상태가 되는데 전해질의 로부터 전자를 공급받아 다시 중성을 띄게 되고 특히 는 이러한 산화반응에 큰 역할을 하게 된다. 그 이유는 의 산화력이 매우 큰 편이기 때문인데 빛을 흡수하여 다른 물질을 산화시키는 광촉매로써 아주 뛰어난 적합성을 보이고 방출된 전자가 이동할 수 있는 통로로도 사용되어 태양전지의 핵심적인 반응이 일어날 수 있도록 도와준다고 볼 수 있다. 한편 산화전극으로 이동한 전자는 탄소 코팅이 된 환원전극으로 이동하면서 전위차에 의한 전압을 발생시키고 환원전극에 도달한 전자는 전해질에 의해 다시 와 안토시아닌 염료 쪽으로 제공되게 된다. 결국 태양빛을 받으면 이러한 사이클이 지속적으로 작동하면서 전류가 발생하고 이때의 전압을 측정하여 태양전지가 잘 작동하는지 확인할 수 있었다.

참고 자료

화공생물공학과 공동집필, “화공생물공학실험 (2019년 1학기)”, 동국대학교, 2019, pp.49-54.
이재형, 임동건, 이준신공저 “태양전지 원론”, 홍릉과학출판사,2005, p.182~188
Douglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman, “Principles of Instrumental Analysis”,5th Edition, Brooks cole, 1997, pp.106-121.
서명교, 송주영, 최용희, “화공단위조작”, 대웅 , pp.306-321.