• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.97-97
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• 2013

Recently, Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSS), which is one of the In- and Ga- free absorber materials, has been attracted considerable attention as a new candidate for use as an absorber material in thin film solar cells. The CZTSS-based absorber material has outstanding characteristics such as band gap energy of 1.0 eV to 1.5 eV, high absorption coefficient on the order of 104 cm-1, and high theoretical conversion efficiency of 32.2% in thin film solar cells. Despite these promising characteristics, research into CZTSS based thin film solar cells is still incomprehensive and related reports are quite few compared to those for CIGS thin film solar cells, which show high efficiency of over 20%. I will briefly overview the recent technological development of CZTSS thin film solar cells and then introduce our research results mainly related to sputter based process. CZTSS thin film solar cells are prepared by sulfurization of stacked both metallic and sulfide precursors. Sulfurization process was performed in both furnace annealing system and rapid thermal processing system using S powder as well as 5% diluted H2S gas source at various annealing temperatures ranging from $520^{\circ}C$ to $580^{\circ}C$. Structural, optical, microstructural, and electrical properties of absorber layers were characterized using XRD, SEM, TEM, UV-Vis spectroscopy, Hall-measurement, TRPL, etc. The effects of processing parameters, such as composition ratio, sulfurization pressure, and sulfurization temperature on the properties of CZTSS absorber layers will be discussed in detail. CZTSS thin film solar cell fabricated using metallic precursors shows maximum cell efficiency of 6.9% with Jsc of 25.2 mA/cm2, Voc of 469 mV, and fill factor of 59.1% and CZTS thin film solar cell using sulfide precursors shows that of 4.5% with Jsc of 19.8 mA/cm2, Voc of 492 mV, and fill factor of 46.2%. In addition, other research activities in our lab related to the formation of CZTS absorber layers using solution based processes such as electro-deposition, chemical solution deposition, nano-particle formation will be introduced briefly.

• 보존과학회지
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• 제29권4호
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• pp.355-366
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• 2013

전세품인 청동기를 대상으로 ICP-AES, SEM-EDS와 두 종류의 P-XRF (Bench top type, Gun type)를 이용하여 성분분석과 미세조직 관찰을 실시하였다. 또한 전세품 청동기의 성분 함유량을 분석하는 과학적 분석을 이용하여 특이원소의 검출에 따른 청동기의 진위 판별에 대한 적용성 연구를 실시하였다. ICP-AES의 분석 결과 청동기는 3원 합금(Cu-Sn-Pb계)의 청동으로 Ag, As, Co, Fe 등의 미량 성분이 검출되었으며 특이 원소(Zn 등)는 검출되지 않았다. P-XRF 분석결과 ICP-AES 분석결과와 비교하였을 때 Cu의 함유량은 10~25% 낮고, Sn 함유량은 10~20% 높게 검출되었다. 이는 탈주석 현상으로 Sn의 함유량이 높은 산화주석($SnO_2$) 화합물이 청동기 표면에 존재하여 영향을 주는 것으로 판단되었다. 그리고 SEM-EDS 분석결과 Pb의 편석 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 과학적 분석 방법을 이용하여 청동 소지층과 부식층(표면)의 성분 조성 관계가 서로 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 청동유물은 미세조직 및 성분분석 결과만으로 진위판별에 대한 결과를 적용하기가 어려웠다. 따라서 매장 환경 및 유물의 보존 상태 등에 따라 부식생성물질이 서로 다른 양상을 보이는 것에 착안하여 부식생성물질에 대한 추가적인 연구와 고고미술사적인 비교연구를 통하여 진위여부를 확인할 수 있을 것으로 사료된다.

• 디자인학연구
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• 제17권4호
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• pp.241-250
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• 2004

이 논문은 현재에 통용되고 있는 동합금판 C2200, C5210, C7701, C8113 등의 특징 및 용도와 소재의 재질적 특성을 data화하였고, 그 표현의 가능성을 조사하여 수치화하였고, 그 기법실험의 1단계로서 일반접합과 TIG 접합에 대하여, 2단계 실험으로서 망상조직기법과 전해주조기법에 대하여 농하였으며, 이 기법을 응용한, 연구작품의 3가지 사례를 다루었다. 이 때 사용한 동합금은 (주)풍산금속 소재기술연구소 이동우 박사가 지원한 4가지 동합금, 즉 단동, 스프링용 인청동, 스프링용 양백, 백동을 사용하여, 적층기법, 망상조직기법, 융합기법, 전해주조기법을 작품에 따라서 통합 또는 부분적으로 적용시켰다. C2200 의 경우, 황동은 2mm이하의 박판(薄板)에서는 교류 TIG 용접법이 좋으며 그 이상에서는 직류 정극성 TIG 용접법으로, 용접에 의한 잔류 응력부식을 열처리를 250~300도에서 행한다. C5210 의 경우는 고온의 환원성기(還元性氣)중에서도 수소(水素) 취성이 없고 고온에서 O를 흡수하지 않으며, 경화(輕化) 온도도 약간 높아, 용접용으로 매우 적합하다. 일반적으로 Sn을 2-9% P를 0.03-0.4%정도 포함하고 있는데, Sn의 함유량이 증가함에 따라 응고 온도 범위가 광범위해졌으며 용접후의 냉각 시, 열분열 방지에는 TIG용접의 용접속도를 빠르게, 용융지(溶融池)를 작게, 예열 온도는 200도로 하는 것이 좋다. C7701의 경우는 조성범위가 10-20% Ni, 15-30% Zn의 것이 많이 사용된다. 약 30% Zn 이상이 되면(${\alpha}+{\beta}$) 조직이 되어 점성이 낮아지고 냉간 가공성은 저하하나 열간 가공성은 좋다. 양백은 또한 전기저항이 높고 내열, 내식성이 좋다. C8113의 경우는 내해수성, 내마모성이 우수하며 고온 강도가 높고 백동은 10-30% 니켈을 포함하며 완전히 고용(固溶)해서 단상(單相)이 된다. 이 때문에 결정입(結晶粒)도 크게 되기 쉬우며, 구속이 강한 경우 미량의 Pb, P, S라는 분열 감수성이 높아진다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.35.1-35.1
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• 2011

New photovoltaic (PV) materials and manufacturing approaches are needed for meeting the demand for lower-cost solar cells. The prototypal thin-film photovoltaic absorbers (CdTe and $Cu(In,Ga)Se_2$) can achieve solar conversion efficiencies of up to 20% and are now commercially available, but the presence of toxic (Cd,Se) and expensive elemental components (In, Te) is a real issue as the demand for photovoltaics rapidly increases. To overcome these limitations, there has been substantial interest in developing viable alternative materials, such as $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) is an emerging solar absorber that is structurally similar to CIGS, but contains only earth abundant, non-toxic elements and has a near optimal direct band gap energy of 1.4~1.6 ev and a large absorption coefficient of ${\sim}10^4\;cm^{-1}$. The CZTS absorber layers are grown and investigated by various fabrication methods, such as thermal evaporation, e-beam evaporation with a post sulfurization, sputtering, non-vacuum sol-gel, pulsed laser, spray-pyrolysis method and electrodeposition technique. In the present work, we report an alternative method for large area deposition of CZTS thin films that is potentially high throughput and inexpensive when used to produce monolithically integrated solar panel modules. Specifically, we have developed an aqueous chemical approach based on chemical bath deposition (CBD) with a subsequent sulfurization heat treatment. Samples produced by our method were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, absorbance and photoluminescence. The results show that this inexpensive and relatively benign process produces thin films of CZTS exhibiting uniform composition, kesterite crystal structure, and good optical properties. A preliminary solar cell device was fabricated to demonstrate rectifying and photovoltaic behavior.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.318.1-318.1
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• 2013

Nowadays Cu2ZnSnS4 (CZTS) solar cell is attracting a lot of attention as a strong alternative to CIGS solar cell due to nontoxic and inexpensive constituent elements of CZTS. From various processes for the fabrication of CZTS solar cell, solution-based deposition of CZTS thin films is well-known non-vacuum process and many researchers are focusing on this method because of large-area deposition, high-throughput, and efficient material usage. Typically the solution-based process consists of two steps, coating of precursor solution and annealing of the precursor thin films. Unlike vacuum-based deposition, precursor solution contains unnecessary elements except Cu, Zn, Sn, and S in order to form high quality precursor thin films, and thus the precise control of precursor thin film preparation is essential for achieving high efficient CZTS solar cells. In this work, we have investigated the effect of preparation condition of CZTS precursor thin films on the performance of CZTS solar cells. The composition of CZTS precursor solution was controlled for obtaining optimized chemical composition of CZTS absorber layers for high-efficiency solar cells. Pre-annealing process of the CZTS precursor thin films was also investigated to confirm the effect of thermal treatment on chemical composition and carbon residues of CZTS absorber layers. The change of the morphology of CZTS precursor thin film by the preparation condition was also observed.

• 한국식품위생안전성학회지
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• 제14권3호
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• pp.305-318
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• 1999

식품의 안전성을 확보하고 건강상의 위험을 방지하기 위하여 또 수산 어패류 중의 중금속 분포상태를 파악하기 위해 국내에서 유통되고 있는 민물어류 11종 166건, 패류 14종 153건 등 총 319건을 대상으로 Pb, Hg, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn, Cu 의 8개 금속을 A.A.S. 와 Mercury Analyzer로 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 민물어류에서의 중금속 평균함량은 Pb 0.075, Hg 0-.053, Cd 0.002, Cr 0.135, Fe 8.695, Mn 1.078, Sn 9.491, Cu 0.548 mg/kg으로 나타났다. 패류에서의 중금속 평균 함량은 Pb 0.059, Hg 0.007, Cd 0.146, Cr 0.147, Fe 40.808, Mn 7,738, Zn 13.943, Cu 2.731 mg/kg으로 조사되어, Cd , Fe, Mn, Cu 등이 민물어류에 비해 높은 것으로 나타났다. ()P<0.001). 2. 중금속 함량은 산지에 따라 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 민물어류의 경우 Mn 과 Zn 함량이 지역간의 유의성을 나타냈다. (p<0.001). 패류의 경우는 Fe, Mn, Zn 함량이 지역간의 유의성을 나타내었다. (p<0.01). 3. 계절에 따라 중금속 함량에도 차이가 있는 것으로 나타났다. (p<0.05). 민물어류에서는 겨울철의 Pb, Zn, Cr, Cu 함량이 높은 것으로 나타났고, 패류에서는 겨울철에 Pb, Zn 함량이 높은 것으로 나타났다. 4. 조사된 결과를 종합 고찰하면 우리나라 서식하고 있는 어패류에 함유된 중금속 함량은 유해농도이하이며 , Fe, Mn, Zn 등 미량 영양염류 함량은 비교적 높은 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.402.2-402.2
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• 2016

In photoelectrochemical (PEC) water splitting, Cu2ZnSnS4 (CZTS) compound has attracted intense attention as a photocathode due to not only large optical absorption coefficient, but also earth-abundance of constituent elements and suitable band alignment. With rapid development of nanotechnology, one-dimensional nanostructures of CZTS have been investigated as a potential form to achieve high efficiency because the nanostructures are expected to be capable of capturing more light and enhancing charge separation and transport. Here, we report a well-controlled fabrication route for vertically-aligned CZTS nanorod arrays on anodic aluminium oxide (AAO) template via simple sol-gel process followed by deposition of ZnS or CdS buffer layers on the CZTS nanorod to enhance charge separation. The structure, morphology, composition, optical absorption, and PEC properties of the resulting CZTS nanorod samples were characterized using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry, scanning electron microscopy, and UV-vis spectroscopy.

• 한국태양광발전학회지
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• 제3권3호
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• pp.18-31
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• 2017

박막 태양전지 기술은 현재 가장 큰 시장점유율을 보이고 있는 결정질 Si 태양전지의 차세대 후보로서 큰 관심을 받고 있다. 결정질 Si 태양전지보다 높은 효율로서, 저가로 생산할 수 있는 수준을 목표로 하여 $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 를 비롯한 다양한 종류의 박막 태양전지들이 개발되고 있는데, 이 글에서는 최근에 범용성 초저가 박막 태양전지로 각광을 받고 있는 kesterite 박막 태양전지에 대해서 살펴보기로 한다. 가장 많이 연구되는 kesterite구조의 $Cu_2ZnSn(S,Se)_4$ (CZT(S,Se)) 박막 태양전지는 차세대 태양전지의 유력 후보군인 화합물태양전지 중에서 CdTe와 CIGS 그리고 새롭게 떠오르고 있는 페로브스카이트 등에 비해 범용 무독성 원소를 광흡수층으로 사용한다는 장점을 가지고 있지만 아직까지는 이들보다 효율이 낮아 상용화하기에는 좀 더 시간이 필요할 것으로 판단된다. CZT(S,Se)계 박막 태양전지의 기본적인 물성, 공정, 분석법 등을 알아보고 고효율을 달성하는 방법에 대하여 제시하고자 한다. 공정에 대한 상세한 최근 동향과 설명은 최근 한국공업화학회 소식지에 실린 강진규 박사의 리뷰논문을 참고하였다.

• Current Photovoltaic Research
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• 제11권3호
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• pp.67-74
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• 2023

The earth-abundant element-based Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTSSe) thin film solar cells (TFSCs) have attracted greater attention in the photovoltaic (PV) community due to their rapid development in device power conversion efficiency (PCE) >13%. In the present work, we demonstrated the fine-tuning of the bandgap in the CZTSSe TFSCs by altering the sulfur (S) to the selenium (Se) chalcogenide ratio. To achieve this, the CZTSSe absorber layers are fabricated with different S/(S+Se) ratios from 0.02 to 0.08 of their weight percentage. Further compositional, morphological, and optoelectronic properties are studied using various characterization techniques. It is observed that the change in the S/(S+Se) ratios has minimal impact on the overall Cu/(Zn+Sn) composition ratio. In contrast, the S and Se content within the CZTSSe absorber layer gets altered with a change in the S/(S+Se) ratio. It also influences the overall absorber quality and gets worse at higher S/(S+Se). Furthermore, the device performance evaluated for similar CZTSSe TFSCs showed a linear increase and decrease in the open circuit voltage (V_oc) and short circuit current density (J_sc) of the device with an increasing S/(S+Se) ratio. The external quantum efficiency (EQE) measured also exhibited a linear blue shift in absorption edge, increasing the bandgap from 1.056 eV to 1.228 eV, respectively.

• 대한화학회지
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• 제23권4호
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• pp.217-236
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• 1979

소성변형에 대한 著者들의 이론을 초소성합금(Zn-Al eutectoid, A1-Cu, Pb-Sn, Sn-Bi, Mg-Al eutectics)에 적용하였다. 그 결과 초소성합금의 소성변형은 두 개의 grain boundary流動單位의 平行連結로 나타낼 수 있었다. 이 두 개의 流動單位는 流動式에 나타나는 parameter $X_{gj}/{\alpha}_{gj}$와 ${\beta}_{gj}$(j=1 혹온 2)로 表現할 수 있으며 이들을 實驗的으로 求할 수 있었다. 著者들의 流動式은 實驗과 잘 一致하였다. Strain rate sensitivity 對 -In(strain rate) 곡선을 이론으로 구한 결과 유동단위수만큼의 peak가 ${\beta}_{gj}$(j=1 or 2) 값에 따라 분리되어 나타났고 초소성의 조건도 ${beta}_{gj}$값에 의하여 결정됨을 알았다. ${\beta}_{gj}값의 粒子크기 依存性을 구하였고 온도변화에 따른 ${\beta}_{gj}$값 변화로부터 각 流動單位의 활성화엔탈피, ${\Delta}H_{gj}^{\neq}$도 구하였다. 그 결과 ${\Delta}H_{gj}^{\neq}$는 재료성분원소들의 grain boundary 자체확산에 의한 활성화엔탈피와 같이 나타났고 또 이들은 粒子 크기 증가에 마라 증가함을 보였다