• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.269-269
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• 2010

현재 화석연료의 부족으로 인한 에너지 수급의 불균형, 자연환경의 파괴로 인해 대체에너지 개발이 절실히 요구되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 기존 결정형 실리콘 태양전지와 비교해 화합물 반도체를 기반으로 한 박막형 태양전지는 친환경적인 제품이면서 제조원가를 절감시킬 수 있고, 반영구적인 수명 및 값싼 기판을 활용할 수 있는 장점으로 인해 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 실험에서는 Co-sputtering법으로 제작된 $CuInSe_2$(CIS)를 광활성층으로 한 박막형 태양전지에서 실온 ${\sim}550^{\circ}C$의 다양한 온도에서 후열 처리된 CIS 박막들의 전기적, 구조적, 광학적인 특성들을 분석하였다. 제작된 박막들 가운데 Hall Effect 측정결과 $550^{\circ}C$에서 후열 처리된 박막이 가장 높은 1.227E+22(/$cm^3$)의 캐리어 농도와 1.581(cm/$V{\cdot}s$)의 홀 이동도를 가지며, 3.092E-4(${\Omega}{\cdot}cm$)의 가장 낮은 비저항 값을 갖는 것으로 나타났다. EFM 측정결과 열처리 하지 않은 박막에 비해 후열처리된 CIS 박막의 전도성이 전체적으로 높아졌다. 특히, $550^{\circ}C$에서 후열 처리된 박막의 표면은 전체적으로 전기 전도성이 높은 결정립들이 골고루 분포하며 가장 높은 표면 포텐셜 에너지 값을 갖는 것으로 나타났다. 박막들의 구조적 특성을 분석하기 위해 SEM과 XRD를 측정한 결과, $350^{\circ}C$에서 후열 처리된 박막들은 열처리 되지 않은 박막과 비교해 표면형상 변화가 일어났으며, $550^{\circ}C$에서 후열 처리된 CIS 박막들은 $CuInSe_2$(112) 방향이 향상된 chalcopyrite-like 구조를 가지면서 박막 밀도가 높고 결정립의 크기가 증가된 것을 확인하였다. 이는 박막 성장시 기판온도의 상승으로 CIS 박막 내에서 셀레늄의 확산과 상호작용으로 3원 화합물이 재결정화되어 구조적인 특성향상에 기여하였기 때문이다. 결론적으로 본 연구는 CIS 광활성층에서 후열 처리의 효과들 뿐만아니라 박막 증착시 co-sputtering법을 이용함으로써 증착시간의 감소 및 대면적화와 대량생산으로도 적용 가능함을 제시하고자 한다.

• 공업화학
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• 제32권3호
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• pp.243-252
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• 2021

전기자동차(EV) 및 중대형 에너지 저장 장치(ESS)의 활용을 위한 차세대 에너지 저장 장치에 대한 요구가 증가함에 따라, 높은 출력 및 안정성 등의 특성을 갖는 리튬 이온 전지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 리튬 이온 이차 전지의 성능은 주로 전극 재료의 물리/화학적 특성에 의해 결정되는데, TiO₂는 우수한 안정성 및 높은 안정성, 친환경적 특성으로 인해 현재 상용화된 탄소계 음극재를 대체할 수 있는 물질로 높은 관심을 받고 있다. 특히, 양극산화를 통해 제조된 자기 정렬된 TiO₂ 마이크로 및 나노 구조는 차세대 리튬 이온 이차 전지의 유망한 음극 소재 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 총설 논문에서는 양극산화를 통한 TiO₂ 나노 튜브 및 마이크로콘 구조 메커니즘 및 구조 발달에 영향을 미치는 인자에 대한 설명을 다루었다. 또한, TiO₂의 낮은 전기전도도 및 용량 한계를 극복하기 위한 TiO₂ 기반 복합체를 리튬 이온 이차 전지의 음극재로 활용한 연구를 소개하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.369-369
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• 2011

양자점 감응형 태양전지는 가시광 영역을 흡수, 이용할 수 있는 광감응 물질로 무기물 양자점을 사용하며, 이 경우 나노미터 크기의 무기물 양자점으로 인한 양자제한 효과 (quantum confinement effect)에 의해 양자점의 사이즈 조절 만으로 밴드갭을 조절할 수 있어 광학적 특성 조절이 용이하며, 하나의 광자를 흡수하여 두개 이상의 전자-정공쌍을 만들 수 있는 (multiple exciton generation) 가능성이 있어 기존 태양전지가 가지는 이론적 한계효율(Shockley-Queisser limit)을 뛰어넘을 수 있다. 본 연구에서는 양자점 및 염료 감응형 태양전지분야에서 가장 많이 사용되고 있는 TiO2 다공성 필름이 아닌, ZnO 나노선 구조를 이용하여 양자점 감응형 태양전지를 제작하였다. ZnO의 경우 TiO2보다 높은 전자이동도를 가지며, 나노선 구조가 바닥전극까지 수직 연결된 1차원의 전자전달경로를 제공하여 결과적으로 광전자 포집에 유리하다. 또한, CdS, CdSe 양자점을 동시에 사용하여 광흡수 범위를 가시광 전 영역으로 확장하였으며, 계단형 밴드구조를 통해 광전자-정공 분리 및 포집을 용이하게 하였다. 더 나아가 전해질의 조성, 나노선의 길이 등 다양한 부분을 조절하면서 각 변수가 소자의 효율에 미치는 영향을 관찰하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권1호
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• pp.88-93
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• 2008

지역규칙성 폴리3핵실티오펜과 용해성 플러렌 블렌드로 이루어진 벌크이종접합 고분자 태양전지를 제작하였다. 고분자 블렌드 필름에 대한 열처리 효과가 필름의 결정 구조와 자외선/가시광선 흡수스펙트럼에 주는 영향을 조사하였다. 그 후, 열처리에 의한 필름의 결정구조와 태양전지 효율의 상관관계를 연구하였다. 그 결과, $150^{\circ}C$에서 열처리한 필름이 분자간 상호작용 및 결정성측면에서 최적이었으며, 이 때, 고분자 태양전지의 에너지 전환 효율은 3.2 %이었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.141-141
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• 2010

과학기술은 기술영역간의 관계를 통해 고유한 연구영역을 그리며 발달하며, 이는 학제의 다양성을 바탕으로 기존 기술들이 독특한 결합과정의 형성을 의미한다. 기술의 결합과정은 지식의 결합과정 관점으로 이해할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 에너지산업과 다른 특성을 갖는 신 재생에너지의 기술발전경로를 '지식흐름'의 관점에서 탐색하여 신 재생에너지 연구의 학제 구조 및 다양성을 살펴보고자 한다. 계량서지학적 분석은 데이터 수집의 간편성 및 초기 연구결과물 분석에 적용할 수 있다는 장점에 의해 여러 분야에서 폭넓게 응용되어 왔다. 특히, A.L Porter(1984)에 의해 'citation'을 이용한 학제간관계 측정에 적용하여 계량서지학적 방법을 바탕으로 지식흐름을 관찰하는데 선구적인 방법을 제시하였다. 또한 Tijsen(1992)은 동시분류분석방법을 적용하여 네덜란드 에너지 연구분야의 학제구조를 분석하였고, Kajikawa(2007)은 에너지분야의 신기술인 태양전지와 연료전지에 한정하여 인용네트워크 분석을 수행하여 연구발전의 경향을 알아보았다. 이에 본 연구에서는 계량 서지학적 방법의 하나인 co-classification 방법론을 적용하여 태양광 분야 중 태양전지에 초점을 맞추어 학제 간 다양성 분석 연구를 수행 하였다. 태양광은 신 재생에너지 중 전후방연관 파급효과가 가장 큰 분야이며, 반도체 기반기술을 바탕으로 그 기술을 전개할 수 있기에 국내 산업과의 연관도가 높은 산업이다. 태양전지의 연구 동향 파악 및 고유의 연구영역을 도출을 분석하기 위한 기본 자료는 ISI의 'Web of Science'를 기반하여 수집하였다. 또한 태양광 연구의 연구구조 파악을 위하여 계량서지학분석의 하나인 'co-classification' 방법론을 추가적으로 적용하여 학제간의 분석을 수행하였다. 분석결과 1979-2009년까지의 태양전지 연구 논문 2,602개를 바탕으로 동시에 2개 이상의 SC를 포함한 논문은 총 논문의 51.8%이며, 출현한 SC는 65개로 분석되었다. 이 중 2개 이상의 SC가 동시에 출연한 횟수는 증가하는 경향을 가짐을 알 수 있었다. 이는 과학기술의 발전이 기술의 결합과정 또는 지식의 결합과정 관점으로 이해할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.428-428
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• 2016

Copper indium sulfide (selenide) (CuIn(S,Se)2,CISSe)는 1.0~1.5 eV의 Direct band gap과 105 cm-1이 넘는 큰 광 흡수 계수를 가지고 있어 박막 태양전지의 흡수층으로써 연구되어 왔다. 최근 대량생산 및 저가 공정에 용이하다는 측면에서 용액 공정 기반 CISSe 태양전지 연구가 크게 주목 받고 있다. 용액공정 기반 중 하이드라진을 사용 한 경우 매우 높은 효율을 기록하였으나, 하이드라진 자체의 유독성과 폭발성 때문에 분위기 제어가 필요하고 여전히 저가화 및 대면적 제작에 한계가 있다. 따라서 알코올 솔젤 기반 CISSe 태양전지 제작 연구가 많이 진행되었으나, 결정립 성장 및 칼코겐 원자를 공급하기 위해 불가피하게 황화/셀렌화 후속 열처리 공정을 요구한다. 후속 열처리 공정은 폭발성의 황화수소/황화셀레늄 기체 분위기 제어와 고가의 장비를 필요로 한다. 본 연구에서는 매우 안정적이며 저가 용매인 물과 아민계 첨가제를 이용하여 Cu, In 전구체와 S, Se 이 포함된 Cu-In-S 잉크와 Se잉크를 제작하였다. 잉크 내에 S, Se을 첨가 함으로써 추가적인 후속공정 없이 비활성 가스 분위기에서 고품질의 CISSe 박막 제작을 가능케 하였다. 또한 Se 잉크 증착 횟수에 따른 결정 구조, 광학적 성질의 차이에 주목하였다. 따라서 수계 잉크를 대기 중에서 스핀코팅으로 박막을 제작한 후, Hot plate에서 건조하여 균일한 박막을 제조하고, 제작된 박막을 tube furnace에서 환원 분위기 및 비활성 가스 분위기에서 열처리 진행하여 $1.3{\mu}m$ 두께의 고품질의 CISSe 흡수층을 제작하였다. 이러한 흡수층에 대해 XRD, SEM, EDS 분석을 진행하여, 결정성, 미세구조, 및 조성을 확인하였으며, 제작된 흡수층 위에 버퍼층/투명전극층을 차례로 증착하여 CISSe 태양전지를 제작하여 셀 성능 및 양자 효율 특성을 파악하였다. 또한 액상 Raman 분석을 통해 결정립 성장 과정 메커니즘을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.487-490
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• 2011

본 논문은 동결과 융해가 고분자 전해질 연료전지 내의 기체확산층에 미치는 영향에 대해 X-선 단층 촬영법을 이용하여 수행한 실험적 연구이다. 고분자 전해질 연료전지는 외부 온도가 0 도 이하가 되면 내부의 물이 동결되며, 외부 온도가 0 도 이상으로 상승하면 다시 녹는 과정을 겪게 된다. 이 과정은 연료전지의 내부 구조에 변형을 야기하고 이로 인해 연료전지의 전력과 수명의 감소를 야기하게 된다. 기체확산층은 연료전지 내부에서 가장 두꺼운 다공성층이며, 이로 인해 가장 많은 변형이 발생된다. 본 연구에서는 포항 방사광 가속기의 X-선 단층 촬영법을 이용하여 물의 동결과 융해 과정이 기체확산층의 내부 구조에 미치는 변화를 관찰하였다. 이 기체확산층의 구조 변화가 고분자 전해질 연료전지의 전력 생산과 수명에 미치는 영향에 관해 논의하였다.

• 공업화학
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• 제25권5호
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• pp.447-454
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• 2014

유기태양전지는 제조비용이 저렴하고 플렉서블 전자소자에 적용이 가능하다는 장점들로 인해 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 일반적인 정구조의 태양전지(conventional structured solar cell)의 경우 10%대의 향상된 발전 효율을 보이고 있으나, 여전히 기타 Si 및 CIGS 등과 같은 태양전지에 비해 낮은 효율과 짧은 수명은 상용화의 걸림돌로 작용하고 있다. 일반적으로 유기태양전지의 짧은 수명은 유기물의 광산화뿐만 아니라 수분 및 산소에 의한 음극, 양극 소재의 부식으로 인한 소재/소자 열화 문제로 설명되어지고 있다. 한편 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 새로운 소자 구조(역구조 태양 전지; Inverted structured solar cell)가 제안되었으며 전자 수송층 및 기능성 계면 소재 연구를 통한 발전 효율 및 수명 향상에 관한 연구가 꾸준히 되고 있다. 그 결과 최근 2D/3D 산화 아연(ZnO) 소재를 역구조 태양전지의 전자 수송층으로 적용하고 건,습식 표면 후처리를 통해 약 9% 수준의 발전효율을 달성하였다. 본 총설에서는 ZnO를 기반으로 하는 전자 수송층 소재의 연구 동향 및 역구조 태양전지의 효율 향상 기술에 관한 최신 연구 동향을 소개하고자 한다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권12호
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• pp.9-12
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• 2005

본 연구는 물리전지의 하나로서 정전기 전지를 제안한 것으로 정전기를 활용한 전지의 제작 가능성을 정전기 전지의 구조제안, 동작원리에 대한 설명 및 특성변수의 계산을 통해 제시하였다. 구체적으로는 소자 외부에서 정전발전기를 통해 발생시킨 전하를 PN접합의 SCR내에 주입하고 SCR내의 내부전계를 이용하여 주입된 전하를 이동시켜 전지의 역할을 할 수 있도록 한 것이다. 계산 결과, 정전기 전지 소자의 단면적을 $0.0001cm^2$로 하고 정전발전기를 이용하여 발생시킨 약 $10^{11}$개의 전하를 주입했을 때, 0.15mA의 전류가 발생하여 전지로서의 가능성이 있음을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.142-142
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• 2010

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치 창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막 태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGS를 광흡수층으로 하는 CIGS 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 앞면 투명전극, 반사방지막)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이 중에 하부전극은 Mo 재료을 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 0.24 Ohm/cm2 정도의 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 그리고 CIGS 박막 내에서 Na 도핑을 어떻게 제어할 것인지도 고려해야한다. 본 연구에서는 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 특성과 기술적 이슈들에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다.