• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권12호
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• pp.814-818
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• 2016

DSSCs (dye-sensitized solar cells) based on $TiO_2/SiO_2$ multi layer AR (anti-reflection) coating on the outer glass FTO (fluorine-doped tin oxide) substrate are investigated. We have coated an AR layer on the surface of a DSSCs device by using an IAD (ion beam-assisted deposition) system and investigated the effects of the AR layer by measuring photovoltaic performance. Compared to the pure FTO substrate, the multi layer AR coating increased the total transmittance from 67.4 to 72.9% at 530 nm of wavelength. The main enhancement of solar conversion efficiency is attributed to the reduction of light reflection at the FTO substrate surface. This leads to the increase of Jsc and the efficiency improvement of DSSCs.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.25-25
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• 2010

태양광 에너지는 인류의 미래 에너지로서 이미 그 효용성을 전 세계에 드러내고 있다. 각 나라마다 자국의 에너지 전략 및 일조량등 환경적 여건 또는 경제적 수준에 따라 다양한 에너지 수급의 양태를 띠고 있지만 향 후 한세대 내에 전세계 에너지의 30% 정도를 태양에너지로 공급받게 될 것으로 기대하고 있다. 이러한 추세 속에서 태양광 에너지의 방식도 여건에 따라 다양한 형태들이 상호 경쟁과 보완의 과정을 거치며 꾸준히 연구 개발되어오고 있다. 집광형 태양전지는 그 중에서 광전변환효율의 관점에서 41%라는 경이적인 기록을 가지고 있으며 매년 평균 1% 씩의 발전을 꾸준히 달성해 오고 있다. 특히 화합물반도체 태양전지의 경우 1900년대 후반부터 인공위성등의 에너지 모듈로 독자적인 시장을 형성하고 있었지만 경제성등의 이유로 지상 에너지의 대안으로 고려되지 못하고 있었으나 집광시 효율이 높아지는 특이현상과 다중접합을 통한 태양에너지 스펙트럼의 흡수영역 확대등을 통하여 총체적인 효율이 30%를 넘어서면서부터 서서히 대전력 에너지원으로 주목을 받기 시작하였다. 이러한 기술적 경쟁력에도 불구하고 전세계 태양전지 시장의 대부분은 단결정 실리콘 태양전지가 차지하고 있으며 박막형 태양전지 혹은 유기태양전지등 차세대 태양전지 또한 기존의 단결정 실리콘 태양전지를 기준으로 상대적인 가격경쟁력을 높이므로서 기존시장을 잠식하거나 신규시장을 통하여 점유율을 높이는 전략을 고려하고 있다. 본 세미나를 통하여 현재 화합물반도체 집광형 태양전지 시장을 살펴보고 시장 진입의 걸림돌에 대한 분석과 향 후 동향에 대하여 논의하도록 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.192-194
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• 2006

To elucidate possible challenges for outdoor practical use of dye-sensitized solar cells(DSC), compared with conventional Si solar cells. DSC modules still need the larger area than conventional Si solar modules to attain the same rated output because of lower photoelectron-chemical conversion efficiency. However, using batteries backup systems, the measured data shows that DSCs gathered over 12% more electricity than Si solar cells of the same rated output power in same outdoor condition. Moreover, battery charging time of DSC is about 1 hour faster than same rate of Si solar module. In this paper, 12 single DSC cells prepared for 4 serialized DSC cells was connected in 3 row parallel which have same output power rate of Si solar module. This DSC module was practiced generating characteristic experiment over outdoor daylight condition and applied with PV battery charger by using DC-DC converter. The main advantages of DSC module battery charger as compared with conventional Si solar module one are shorter charge time and lower cost.

• 전기화학회지
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• 제22권3호
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• pp.104-111
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• 2019

금속 할로겐 페로브스카이트 (perovskite)는 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 차세대 태양전지의 핵심 소재로 큰 주목을 받고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 등장 이후 전례 없는 단기간 효율 향상을 보이며 현재 24% 이상의 인증된 광전 변환 효율을 달성하였지만, 대부분의 고성능 페로브스카이트 태양전지는 유독성 납 (Pb)을 기반으로 한 페로브스카이트를 사용한 것으로, 향후 상용화를 위해서는 납을 쓰지 않는 친환경 페로브스카이트 개발이 필수적이다. 본 글에서는 비납 페로브스카이트 물질 및 연구 동향에 대해서 소개하고자 한다.

• 한국태양광발전학회지
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• 제9권2호
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• pp.18-28
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• 2023

지구상에 풍부하며 저독성 소재인 안티모니 셀레나이드(Sb₂Se₃)는 재료가 갖는 우수한 광전자적 특성과 장기 내구성으로 차세대 태양전지 소자로 크게 주목 받고 있다. 또한, 비교적 짧은 연구기간 동안 빠른 성장 속도를 보여줬으며, 2014년 2.26%에서 8년의 연구기간 동안 약 5배인 2022년 10.57%를 달성하였다. 하지만, 여전히 기존의 칼코지나이드계 박막 태양전지인 CdTe(22.1%) 및 Cu(In,Ga)Se₂(23.35%)가 달성한 효율에 비해 낮은 변환 효율을 보이고 있으며, 이는 계면에서 발생하는 캐리어 재결합으로 인한 개방전압 손실 문제가 주 원인으로 대두되고 있다. 따라서, Sb₂Se₃ 광 흡수층에 인접한 전자 및 정공 수송층 사이에 적절한 밴드 정렬을 구축하여 캐리어 재결합 손실을 줄이는 것이 고효율 Sb₂Se₃ 태양전지를 구현하기 위한 핵심 전략 중 하나이다. 본 원고에서는 Sb₂Se₃ 광 흡수층의 기본적인 특성과 Sb₂Se₃ 태양전지의 최근 연구 성과에 대해 간략하게 설명하고자 하며, 특히 전자 및 정공 수송층 적용을 통한 에너지 밴드 정렬 최적화에 관련된 내용을 중점적으로 소개하고자 한다. 또한, Sb₂Se₃ 박막 태양전지 성능의 병목 현상을 극복하기 위한 잠재적인 연구 방향에 대해서도 논하고자 한다.

• 공업화학
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• 제21권2호
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• pp.137-141
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• 2010

4,7-Di-thiophen-2-yl-benzo(1,2,5)thiadiazole과 1,4-bis(dodecyloxy)-2,5-divinylbenzene을 Heck coupling 중합법을 이용하여 poly[4,7-Di-thiophen-2-yl-benzo(1,2,5)thiadiazole]-alt-1,4-bis(dodecyloxy)-2,5-divinylbenzene (PPVTBT) 공중합체를 합성하였다. 합성한 PPVTBT의 최대흡수파장과 band gap은 각각 550 nm와 1.74 eV이고 HOMO와 LUMO enegry level은 각각 -5.24 eV, -3.50 eV로 나타났다. 합성한 공중합체인 PPVTBT와 (6)-1-(3-(methoxycarbonyl)propyl)-{5}-1-phenyl[5,6]-$C_{61}$(PCBM)을 1 : 6의 중량비로 blend하여 제작한 소자의 효율은 AM 1.5 G, 1 sun 조건($100mA/cm^{2}$)에서 0.16%의 효율을 보였다. 그리고 소자의 Jsc (short circuit current), FF (fill factor)와 Voc (open circuit voltage)는 각각 $0.74mA/cm^{2}$, 31%, 0.71 V로 나타났다.

• 공업화학
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• 제20권3호
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• pp.273-278
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• 2009

Heck coupling reaction을 이용해서 poly[2-(2,6-dimethylpyran-4-ylidene)malononitrile-alt-1,4-bis(dodecyloxy)-2,5-divinylbenzene] (PM-PPV), poly[2-{2,6-Bis-[2-(5-bromothiophen-2-yl)-vinyl]-pyran-4-ylidene}-malononitrile-alt-1,4-bis(dodecyloxy)-2,5-divinylbenzene] (PMT-PPV), poly[2-[2,6-Bis-(2-{4-[(4-bromophenyl)-phenylamino]-phenyl}-vinyl)-pyran-4-ylidene]-malononitrile-alt-1,4-bis(dodecyloxy)-2,5-divinylbenzene] (PMTPA-PPV)를 합성하였다. PM-PPV, PMT-PPV, PMTPA-PPV의 band gap은 각각 2.18 eV, 1.90 eV, 2.07 eV로 나타났다. LUMO 에너지 준위는 각각 3.65 eV, 3.54 eV, 3.62 eV로 나타났고 HOMO 에너지 준위는 각각 5.83 eV, 5.61 eV, 5.52 eV이고 소자를 제작하여 측정한 결과는 AM 1.5 G [1 sun condition ($100mA/cm^2$)]에서의 효율은 0.028%, 0.031%, 0.11%이고 open-circuit voltage (Voc)는 0.59 V~0.69 V로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.185-185
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• 2012

중공 발광 나노 물질은 특유의 구조적 특성(낮은 밀도, 높은 비표면적, 다공성 물질, 낮은 열팽창계수 등)과 광학적 성질을 이용하여 디스플레이 패널, 광결정, 약물전달체, 바이오 이미징 라벨 등의 다양한 적용이 가능하다. 이러한 적용에 있어 균일한 크기와 형태의 중공 입자는 필수 조건으로 여겨진다. 지금까지 합성된 중공 발광 입자에는 BaMgAl10O17 : Eu2+-Nd3+, Gd2O3 : Eu3+, $EuPO_4{\cdot}H_2O$과 같은 것들이 있으나 크기 조절이 어렵고, 그 균일성이 확보되지 못하였다. 균일한 크기의 중공 발광 입자를 만들기 위해 SiO2나 emulsion을 템플릿으로 이용하여 황화카드뮴, 카드뮴 셀레나이드 중공 입자를 합성한 예가 있으나, 양자점의 독성으로 인하여 바이오분야 응용에는 적합하지 않다. YAG는 모체로써 형광체에서 가장 많이 이용되는 물질로, 화학적 안정성과 낮은 독성, 높은 양자 효율 등 많은 장점을 갖고 있다. 특히 세륨이 도핑된 YAG형광체의 경우 WLED, 신틸레이터, 바이오산업에 적용이 가능하다. 그러나 지금까지 중공 YAG:Ce3+형광체를 합성한 예가 없었다. 본 연구에서는 단분산 수화 알루미늄 (Al(OH)3) 입자 위에 세륨이 도핑 된 이트륨 베이직 카보네이트 ($Y(OH)CO_3$)를 균일하게 코팅한 후 열처리를 하여 균일한 크기의 Y3Al5O12:Ce3+(YAG) 중공 입자를 합성하였다. 열처리 온도에 따른 고분해능 투과 전자 현미경(HRTEM), X-선 회절(XRD), 고분해능 에너지 분광법(HREDX) 분석결과, 중공 YAG: Ce3+입자는 Kirkendall 효과에 의해 형성됨을 확인하였다. 전계방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 측정을 통해, 열처리 후에도 입자의 크기와 형태가 균일함을 확인하였으며, 공초점 현미경 관찰을 통해 중공 형태를 명확히 확인 할 수 있었다. Photoluminescence (PL) 분광법과 형광 수명 이미징 현미경(FLIM)을 이용한 광 특성 분석결과, 합성된 입자는 400-500 nm에서 흡수 파장 (456 nm에서 최대 강도)과 500-700 nm 범위의 발광 파장(544 nm에서 최대 강도)을 나타냈고, 상용 YAG: Ce3+(70 ns)에 준하는 74 ns의 잔광 시간(decay time)이 측정되었다. 단분산 수화 알루미늄 입자의 크기를 조절하여 최종 합성된 YAG: Ce3+의 크기를 조절할 수 있었다. 지름 약 600 nm의 Al(OH)3를 사용한 경우, $1,300^{\circ}C$에서 열처리를 한 후 평균 지름 590 nm의 중공입자를 합성하였고, 약 170 nm의 Al(OH)3를 이용하여, 더 낮은 온도인 $1,100^{\circ}C$에서의 열처리를 통해 평균지름 140 nm의 중공 YAG: Ce3+입자를 합성하였다. 본 연구를 통하여 합성된 균일한 크기의 YAG 중공입자는 LED와 같은 광전변환 소자 및 다기능성 바이오 이미징 등의 나노바이오 소자 분야에 활용될 수 있음이 기대된다.

• 전기화학회지
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• 제18권1호
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• pp.38-44
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• 2015

본 총설은 다공성의 메조포러스 이산화티타늄 박막을 기반으로 하는 양자점-감응 태양 전지의 최근 발전 과정에 대해 정리하였다. 나노스케일의 무기물 양자점이 가지는 본질적 특성에 기반하고 다양한 양자점 구성 물질을 이용하여, 용액-공정 기반의 다양한 3세대 박막 태양전지를 만들 수 있었다. 양자점 감응제는 준비하는 방법에 따라 크게 2가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 콜로이드 형태로 용액상에서 준비한 다음 $TiO_2$ 표면에 붙이는 것이고 두 번째는 양자점 전구체가 녹아있는 화학조를 이용하여 직접 $TiO_2$ 표면에 성장시키는 것이다. 폴리썰파이드 전해질을 사용하여, 콜로이드 양자점 감응제의 경우는 최근 들어 정밀한 조성 조절을 통하여 전체 광전 변환효율이 ~7%에 이르렀고 화학조 침전법을 이용하여 준비된 대표적 감응제인 CdS/CdSe는 ~5%의 효율을 보이고 있다. 앞으로는 지금까지 보고된 양자점 감응제의 뛰어난 광전류 생성 능력을 유지하면서, 새로운 정공 전달체의 개발 및 계면 조절을 통한 개방 전압과 채움 상수의 개선을 통한 효율 증가 및 안정성에 관한 체계적 연구가 필요한 상황이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.161-162
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• 2011

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. GaN 물질은 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도 등 광전자 소자에 유리한 광, 전기적 특성들을 가지고 있다. 또한, In의 함량을 변화시켜가며, 0.7eV에서 3.4eV까지 밴드갭을 조절함으로써, 자외선부터 적외선까지 태양빛 스펙트럼의 대부분을 흡수할 수 있는 장점이 있다. InGaN 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 In의 함량을 늘려 밴드갭을 줄이는 것이 중요하다. 하지만 GaN 와 InN 간의 격자 부정합으로 인해 In 함량이 높은 단결정 InGaN 층을 두껍게 성장 하는 것이 어렵다. 때문에 GaN 기반 태양전지 관련 연구 그룹들이 태양전지의 효율 향상을 위해 활성층에 양자우물(MQWs) 구조, Supper Lattice (SLs) 구조와 같이 얇은 InGaN/GaN 층을 주기적으로 반복하여 적층함으로써 높은 조성의 In을 함유한 상질의 InGaN/GaN 층을 성장하는 연구들을 진행해 왔다. 본 연구에서는, p-i-n 구조와 MQW 구조를 갖는 InGaN 기반 태양전지를 제작하여, 각각의 특성을 분석해 봄으로써, In0.1Ga0.9N 태양전지 활성층의 구조에 따른 장/단점에 대해 논의하였다. 먼저 MOCVD를 이용하여 200 nm의 i-In0.1Ga0.9N 활성층을 갖는 p-i-n 구조와 In0.19Ga0.81N/GaN(3 nm/8 nm) MQWs (8 periods) 구조를 갖는 태양전지 에피를 각각 성장하였고, 그 후 공정을 통해 그림 1과 같이 InGaN 태양전지 소자를 제작하였다. 그 후, 각 태양전지의 전류/전압 곡선과 외부양자효율을 측정하여 그림 2와 같은 결과를 얻었다. p-i-n과 MQW 샘플의 외부양자효율은 각각 ~70%, ~25%로 측정 되었다. MQW 샘플의 외부 양자효율이 높지 않음에도 불구하고 p-i-n 구조에 비해 높은 In 함량을 가지고 있으므로, 더 넓은 파장의 빛을 흡수하여, 높은 단락전류(0.778 mA/cm2)를 보이고 있다. 또한 p-i-n 구조에 비해 높은 개방전압(2.3V)를 가지고 있으므로, MQW 샘플이 약 17% 정도 높은 변환효율(1.4%)를 보이고 있다. 이후 추가적으로 p-i-n 과 MQW 구조의 InGaN 태양전지에 나타나는 Voc와 Jsc의 차이를 Polarization 효과를 비롯한 다양한 측면에서 분석해 보고자 한다.