• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제8권5호
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• pp.544-550
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• 1995

In this paper, the anode for molten carbonate fuel cell have been prepared by doctor blade method and microstructure, pore distribution, sintering test of the electrode were investigated. Component analysis were done by Scanning Electron Micrograph, porosimeter and sintering test apparatus. As a result, median pore size was 11.mu.m order at the major specimen and porosity was about 70%. And thickness loss of the electrode was 1.5% at Ni-10Co anode after sintering test.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.480-480
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• 2013

태양에너지는 신재생 에너지 중에서 무한한 에너지원으로서 태양에너지에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서도 결정형 실리콘 태양전지에 대해 다양한 연구가 진행 중이다. 이러한 실리콘 태양전의 제작은 실리콘 식각 용액을 이용하여 기판의 절삭 손상된 부분을 식각한 후 텍스쳐링(texturing) 공정을 통해 표면의 흡수율을 높이고, 반면에 반사율을 감소시킨다. 텍스쳐링 공정이 끝난 후 도핑 공정을 통해 에미터(emitter)를 형성, 반사방지막을 증착, 기판의 전면과 후면에 페이스트를 바르고 스크린인쇄법으로 전극을 형성한 후 마지막으로 형성된 전극을 소성 공정을 통해 전극이 에미터와 접촉하면 태양전지가 완성된다. 하지만 텍스쳐링 공정을 통해 만들어진 피라미드 구조는 도핑공정을 하게 되면, 꼭짓점 부분의 균일한 도핑이 이루어지지 않는다. 이러한 균일하지 않은 공정으로 인해 전극 소성 공정에서 일부의 에미터층을 뚫어버리게 되므로 누설전류가 증가하게 된다. 그래서 본 논문에서는, 변환 효율을 개선시키기 위해 표면 구조와 반사방지막의 열처리 공정에 대한 연구를 하였다. 우선 피라미드 구조를 균일하게 만들었으며, 반사방지막 형성 후 열처리를 하여 소수 캐리어 수명을 증가시켰으며, 누설전류를 감소하였다. 균일한 도핑 및 전극 형성을 용이하게 하는 부드러운 피라미드 구조를 형성하기 위해 HND (HF：HNO3 : D.I wafer=5 : 100 : 100) 용액을 사용하여 식각하였다. 그 결과 직렬저항은 NHD용액을 사용하여 300초 동안 식각하였을 때 $1.284{\Omega}$ 낮아지는 결과를 얻을 수 있었으며, 도핑을 균일화하여 누설전류를 감소시킬 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.86-86
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• 2017

고효율의 에너지 변환 및 친환경적인 이점들을 이유로, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 차세대 에너지 장치로 이목을 끌어왔다. 반면, 값비싼 백금 촉매의 이용은 연료전지의 상업적 이용에 주요한 결점으로 작용했다. 최근, Zelenay와 연구팀은 폴리아닐린-철-탄소 복합체구조에서 산소환원활성이 백금과 견주어 비슷한 성능을 낼 수 있음을 보고 하였다. Dodelet은 이러한 높은 성능이 전이금속의 영향에 의한 것일 수 있다는 주장을 하였다. 본 연구팀은 지난 연구에서 제일원리전산모사를 통해 니켈, 코발트, 구리등과 같은 전이금속이 질소가 도핑된 탄소 그래핀층에 미치는 거동을 밝혔다. 결론적으로, 금속들은 질소가 도핑된 그래핀의 전자구조를 바꿀 수 있고, 이러한 전자구조의 변화는 산소 환원반응에서 긍정적으로 작용할 수 있음을 확인하였다. 이러한 이론적 연구에 기반하여, 탄소층으로 감싼 금속은 내구성과 활성을 동시에 보유한 향후 전망있는 촉매 물질로 예상되어진다. 특히, 질소가 도핑된 탄소층으로 코팅된 철-코발트 합금은 계산을 통해 산소환원반응에서 우수할 것으로 예측되었다. 본 연구팀은 FeCo@N-C 나노입자를 직접 합성하였고, 이 촉매의 우수한 활성을 전기화학적, 구조적 관점에서 1) 질소의 도핑 효과, 2) 탄소의 두께 효과, 3) 합금효과에 집중하여 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권11호
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• pp.5172-5177
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• 2011

본 논문은 박막 실리콘 태양전지에 적용되는 반사방지 또는 고반사 코팅 기술에 관한 연구이다. 태양광 흡수율을 개선하기 위하여 박막 실리콘 태양전지의 앞면에는 반사를 줄이는 반사방지막 기술이 필요하며, 뒷면에는 반대로 반사를 높이는 고반사 기술이 필요하다. 반사방지막 기술에서 단층의 구조에서는 코팅의 두께에 따라 반사율이 틀려지고, 적절한 범위에서 두께를 제어하면 낮은 반사율을 얻을 수 있다. 대칭형태의 다층의 구조에서는 단층구조에 비해서 넓은 파장대에 걸쳐서 낮은 반사율을 얻을 수 있다. 또한 뒷면에 적용되는 고반사막 기술에서는 높은 굴절율을 갖는 매질과 낮은 굴절율을 갖는 매질을 대칭 구조로 구성하여 계산한 결과 높은 반사율을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.439-439
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• 2012

태양광 발전은 발전 셀의 특성상 태양광의 일사량, 태양과 셀 단면이 이루는 각도에 따라서 발전량의 차이를 가져온다. 실리콘 태양전지의 전면 texturing은 입사광의 반사율을 크게 감소시키고, 태양전지 내에서 빛의 통과길이를 증가시켜 태양전지 내의 흡수하는 빛의 양을 증가 시키는 역할을 한다. 따라서 전면 texturing은 단락전류를 증대시키는 효과를 가지고 온다. 일반적으로 texturing은 alkaline etching (WET) 공정과 reactive ion etching (RIE) 공정이 사용된다. 그리고 다결정 실리콘 태양전지의 경우에는 재료의 결정방향에 따라 식각이 되어지는 WET 공정의 경우 texturing 모양을 제어할 수 없어 효과적이지 못하는 결과를 가지고 온다. 본 연구에서는 Electroluminescence을 측정하여 RIE, WET 공정을 사용하여 만든 texturing 구조의 다결정 태양전지의 Microcrack 및 Defect, Electrode Failure, Hot spot등을 검출하였으며, ${\mu}$-PCD 측정 결과와 비교 분석하여 Micro carrier life time을 유추하여 계산하였다. 또한 반사율을 측정해본 결과 WET 공정 대비 RIE의 경우 단파장영역에서 반사율이 크게 감소하여, 상대적으로 높은 External quantum efficiency (EQE)가 측정되었다. 이는 Jsc를 증가시켜, 태양전지의 효율이 증가되는 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.278-279
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• 2012

최근 들어 세계적인 고유가 행진과 화석연료 고갈에 대응하기 위하여 대체 에너지원 발굴에 대한 필요성이 높아지고 있다. 그 중 CIGS 박막 태양전지는 미래 신재생 에너지 자원의 가장 유망한 후보군 중 하나이다. 기존의 Si 기반의 태양전지의 경우 시간경과에 따른 효율 저하, 높은 재료비, 복잡한 공정으로 인하여 대량생산이 힘든 단점을 가지고 있다. 반면 박막 태양전지의 경우 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로서는 2세대 태양전지로 불리우며, 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 우월성을 가진다. 그리고 이러한 CIGS 박막 태양전지를 단일 CIGS 타겟을 이용하여 스퍼터링 공정으로 제작하면 기존에 사용되었던 동시 증발법에 비해서 간단하고 대면적 코팅 및 대량 생산이 가능하다. 본 연구에서 사용된 기판으로는 $25{\times}25mm$ 크기의 Soda Lime Glass (SLG) 위에 DC 마그네트론 스퍼터링 공정으로 Mo가 $1{\mu}m$ 증착된 시편을 이용하여, 2 inch 단일 CIGS 타겟 (MATERION, CIGS Target 25-17.5-7.5-50 at%)을 기판 가열하여 증착하였다. RF 파워는 80 W, 기판 온도는 RT, 100, 200, 300, $400^{\circ}C$로 가열 후 증착하였고, CIGS 박막의 두께는 약 $1{\mu}m$로 일정하게 하였다. CIGS/Mo 박막의 파워별 미세구조 분석을 위해 X-ray Diffraction (XRD, BRUKER GADDS)로 측정하였으며, 박막의 결정립 크기를 확인하기 위해 Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM, HITACHI)을 사용하여 측정하였다. 조건별 박막의 조성 분석 및 표면조도는 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS, HORIBA 7395-H)와 Atomic Force Microscopy (AFM)을 이용하여 각각 평가하였다. 마지막으로 광학적 특성을 평가하고 박막의 밴드갭 에너지를 계산하기 위해서 190 nm에서 1,100 nm의 영역 대에서 자외선 광학 측정기(UV-Vis, HP-8453, AGLIENT)로 투과도를 측정하여 밴드갭 에너지를 계산하였다. 증착된 CIGS 박막은 기판 온도가 증가함에 따라 결정립 크기가 커지는 경향을 보였다. 이는 기판 상에 도달한 스퍼터 원자의 확산 에너지 증가로 인한 것으로 생각되어진다. 또한, 기판온도에 따른 결정립 성장 변화는 4성분계의 박막의 조성 및 핵생성 밀도와 관련되어 설명되어질 것이다.

• 에너지공학
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• 제20권4호
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• pp.309-317
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• 2011

연료의 물리의 특성에 따른 직접탄소 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell)성능해석을 위해 국내 화력발전소에서 사용되고 있는 석탄 중에서 역청탄(Shenhua coal), 아역청탄(Adaro coal) 각 1종 및 순수한 탄소성분들의 결정체인 탄소 입자(Carbon particle)를 연료로 사용하여 DCFC시스템의 성능변화를 분석하였다. 연료의 물리적 특성에 따른 DCFC의 성능해석을 위해 SEM, XRD 및 BET 분석을 통해 연료의 물리적 특성(표면적, 기공의 크기, 결정립의 크기 및 구조, 구성성분)을 분석하였다. 직접탄소 연료전지는 873 K 이상의 온도에서 작동하는 고온형 연료전지이기 때문에, 성능 해석은 원탄(Raw coal)보다는 일정온도에서 탈휘발 과정이 끝난 촤의 물성 분석이 더욱 중요하다. SEM, XRD 및 BET 분석을 통한 물리적 특성 분석결과를 바탕으로 성능측정 결과를 비교분석한 결과, 연료의 탄소 함량 보다는 표면적과 기공체적이 연료 전지의 성능에 큰 영향을 미치게 되며, 원탄의 물성보다는 촤 상태의 물성에 더 많은 영향을 받는다. 또한 연료전지의 성능은 작동 온도에 영향을 받으며, 온도가 상승함에 따라 성능도 상승하게 된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.298-299
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• 2010

Cu(In, Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 Soda lime glass/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO/Al 의 구조를 가지고 있다. CIGS 화합물은 direct bandgap 구조를 하고 있으며, 광흡수율이 다른 어떤 물질들 보다 뛰어나 박막으로도 충분히 태양광을 흡수할 수 있다. 또한 Ga의 도핑 농도에 따른 밴드갭 조절도 가능하다. 이러한 성질들로 인해 현재 박막태양전지로서 20.1%의 최고효율을 가지고 있다.[1] CIGS 박막 태양전지에서 p-CIGS layer와 스퍼터링으로 증착되는 n-ZnO layer사이의 buffer 층으로 chemical bath deposition (CBD)-CdS 박막을 주로 사용한다. CBD-CdS 박막은 n-ZnO 스퍼터로 증착 시킬 때, CIGS 층의 손상을 최소화하고, 이 두 층 사이에서의 격자상수와 밴드갭의 차이를 줄여주어 CIGS 박막태양전지의 효율을 증가 시키는 역할을 한다. 하지만, Cd (카드뮴)의 심각한 독성과 낮은 밴드갭(2.4eV)으로 인해 CIGS 층에서의 광흡수율을 줄여, CdS를 대체할 새로운 buffer 층의 필요성이 대두되었다.[2] 그 대안으로 ZnS, Zn(O, S, OH), (Zn, Mg)O, In2S3 같은 물질이 연구되고 있다. 현재 CBD-ZnS를 buffer 층으로 사용한 CIGS 박막태양전지의 효율은 최고 18.6%로 CBD-CdS의 최고효율보다는 약 1.5% 낮지만, ZnS가 높은 밴드갭(3.7~3.8eV)과 Cd-free 물질이라는 점에서 CdS를 대체할 물질로 각광받고 있다. 본 연구에서는 기존의 CdS 박막을 제조하는 방법과 같은 방법인 CBD를 이용하여 ZnS 박막을 제조하였다. ZnS 박막을 제조하기 위해서는 Zinc sulfate, Thiourea, 암모니아가 사용된다. 암모니아의 mol 농도에 따른 CBD-ZnS/CIGS 박막태양전지의 효율 변화를 관찰하기 위해 암모니아의 mol 농도는 1 mol, 2 mol, 3 mol, 4 mol, 5 mol, 6 mol, 그 이상의 과량을 사용하여 실험하였다. 실험 결과, 암모니아농도 5 mol에서 효율 13.82%를 확인할 수 있었다. 최고효율을 보인 조건인 암모니아 농도가 5 mol 일 때, Voc는 0.602V, Jsc는 33.109mA/cm2, FF는 69.4%를 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권5호
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• pp.915-921
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• 2008

고분자전해질형 연료전지의 구조 및 구성품의 물성에 따른 성능 및 물이동 현상에 관해서 많은 연구가 진행되고 있다. 이들 연구는 대체적으로 연료 전지의 BOP(Balance of plant)를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 연구 보다는 단위 전지 및 스택에 관한 연구에 국한되어 왔다. 연료전지의 시스템에 관한 연구들 또한 세부적인 연료전지 내부의 거동에 대해서는 고려하지 않고 있었다. 이는 연료전지의 상세 모델을 이용해 연료전지 시스템에 대해 접근하기 보다는 시스템의 성능 및 동특성에 대한 연구가 주를 이루었기 때문으로 생각된다. 본 연구에서는 연료전지 음극의 수소 배출가스를 재순환할 경우 연료전지 내부에서의 거동에 미치는 영향에 대해 2차원 정상상태 모델을 이용하여 분석해 보았다. 이를 위해 2차원 정상상태 모델을 개발하였고 이를 실험을 통해 검증하는 작업을 수행하였다. 시뮬레이션은 모델식의 수정이 자유롭도록 상용패키지를 사용하지 않고 직접 구성한 알고리즘을 통해 수행되었다. 이는 여러 하이브리드 자동차용 연료전지 시스템이 연료전지 배출가스의 재순환을 고려하고 있는 상황에서 연료전지 작동 조건에 관련된 정보를 제공할 수 있다는 의의를 가진다.

• 전기화학회지
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• 제22권4호
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• pp.139-147
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• 2019

고에너지밀도 대용량 리튬이온전지를 채용한 전기자동차 및 에너지저장시스템에서 발생하고 있는 발화사고로 인해, 고안전성 전고체 리튬이차전지(All-solid-state Lithium Secondary Battery, ALSB)에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 하지만, 단순히 액체전해질을 고체전해질로만 바꾸는 것이 아니라, 이로 인해 수반되는 전극 및 전지 설계와 해석이 크게 달라진다는 점에서 해결해야 될 이슈들이 산재해 있다. 특히, 전지는 전극 설계에 따라 그 성능이 굉장히 상이함에도 불구하고, 실질적인 전고체 전지 실험 구현의 어려움으로 전고체 전극(All-solid-state Electrode, ASSE) 설계에 따른 성능 차이를 체계적으로 비교 분석하여 최적화하는 연구는 매우 제한적이다. 이를 극복하기 위한 방안으로, 가상의 3차원 전고체 전극 구조체를 형성하고, 형성된 구조체를 바탕으로 다양한 성능 결정 파라미터를 도출하며, 더불어 분석 전극을 포함한 전지의 성능까지 예측할 수 있는 기술을 개발하는 연구가 주목을 받기 시작했다. 본 총설에서는 3차원 전고체 전극 구조체 형성부터 전고체 리튬이차전지의 성능을 예측하는 기술까지 각각의 기술들이 갖고 있는 장단점을 폭넓게 다룰 것이며, 나아가 본 기술이 나아갈 최종적인 목표까지 간략히 기술하고자 한다.