• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.151-151
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• 2013

무기물 기반, Si-based 태양전지에 비해 가볍고 저렴하다는 관점에서 유기태양전지에 대한 연구가 진행되고 있다. 유기태양전지는 Si-based 태양전지에 비해 그 효율이 낮다는 점이 문제로 제기되어 왔지만, 억셉터와 도너의 nanocomposite 구조인 bulk-heterojunction (BHJ) 구조가 개발이 되면서 유기물의 짧은 엑시톤(exciton) 거리를 극복할 수 있게 되어 그 효율이 비약적으로 증가되는 결과를 낳았다. 또한 넓은 범위의 파장을 흡수 할 수 있는 작은 band-gap을 갖는 물질이 개발됨으로써 유기 태양전지의 효율은 점차 증가하고 있다. 최근에는 독일 회사인 Heliatek에서 12%가 넘는 유기태양전지를 발표함으로써 유기태양전지가 Si-based 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 에너지 공급원으로의 가능성을 충분히 보였다. 이런 유기 태양전지는 하부 투명전극인 인듐주석산화물(ITO)/정공이동층(PEDOT:PSS)/광흡수층/전자이동층(LiF)/낮은 일함수를 갖는 상부전극인 Al 구조의 일반적인 구조; ITO/전자이동층/광흡수층/정공이동층/높은 일함수를 갖는 상부전극(Ag), 전하의 이동방향이 반대인 역구조 태양전지, 두 가지로 분류할 수 있다. 하지만 소자 안정성의 관점에서 일반적인 구조의 태양전지는 ITO/PEDOT:PSS 계면에서의 화학적 불안정성과, 낮을 일함수를 갖는 상부전극이 쉽게 산화되는 등의 문제가 있어 상부전극으로 높은 일함수를 갖는 전극을 사용하는 역구조 태양전지가 더 유리하다. 이러한 역구조 태양전지에서 효율을 높일 수 있는 요인 중 하나는 전자이동층에 있다. 광흡수층에서 형성되어 분리된 전자가 전극으로 이동하기위해서는 전자이동층을 거쳐야 한다. 하지만 이 전자이동층 내에서의 전자 이동속도가 느리다면, 즉 저항이 크다면 광흡수증과의 계면에서 Back electron trasnfer현상으로 재결합이 일어나게 되어 전극으로 도달하는 전자의 양이 줄어들게 되고, 이는 유기태양전지 효율을 낮추는 요인이 된다. 전자이동층 자체의 저항뿐만 아니라, 전자이동층의 표면 거칠기(morphology) 또한 유기 태양전지의 효율을 좌우하는 요인 중 하나이다. 광흡수층과 전자이동층의 계면에서 전자의 이동이 일어나는데, 전자이동층의 표면 거칠기가 크게되면 그 위에 박막으로 형성되는 광흡수층과의 계면저항이 증가하게 되고, 이는 광흡수층에서 전자이동층으로의 원활한 전자이동을 저해함으로써 소자 효율의 감소를 일으키게 된다. 따라서 우리는 전자이동층인 ZnO 박막의 스퍼터링 조건을 변화시킴으로써 ZnO 층의 두께에 따른 광투과도, 전기전도성 변화 및 유기태양전지의 효율변화와, 표면 거칠기에 따른 광변환 효율 변화를 관찰하고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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• pp.160-161
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• 2011

본 연구에서는 대면적 유기태양전지 셀의 제작이 유리하며 공정비용이 저렴한 스프레이 공법을 이용하여 역구조 형태의 유기태양전지의 모든 공정에 적용하여 제작 및 평가했다. 스프레이 코팅 공정은 전자 수송층 ZnO층을 코팅 후 P3HT와 PCBM를 블렌딩 하여 만든 광활성층을 코팅하였다. 그리고 마지막으로 정공 전달층인 PEDOT:PSS층을 코팅한 후 메탈전극을 증착하여 역구조의 유기 태양전지을 제작하였다. 스프레이 코팅 공정으로 만든 유기태양전지는 현재 가장 많이 사용하고 있는 스핀 코팅 공정과 비교 시 유사한 특성을 나타내었다. 스프레이 공정으로 만든 유기 태양전지는 $0.38cm^2$의 면적에서 3.20%의 광변환 효율을 얻었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.265-265
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• 2015

Zinc Oxide 층은 역구조 유기 태양전지(Inverted Organic Photovoltaics, IOPV)에서 전자 수집 층으로 사용되는데, 전자 수집 및 전기 전도도 증가를 위하여 일반적으로 3차원 나노 구조체 및 양이온이 도핑된 Zinc Oxide 층이 사용된다. 본 연구에서는 저온 3차원 나노 구조체 및 음이온이 도핑된 Zinc Oxide 층을 적용하였으며, 그 결과 전자 수집 향상, 전기 전도도의 증가에 의하여 광전변환 효율(Power Conversion Efficiency, PCE)이 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.152-152
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• 2014

본 연구에서는 핫플레이트를 이용한 간단한 산화아연 박막의 열처리를 통해 역구조 유기 태양전지에서의 광전환 효율증가를 소개한다. 유기태양전지는 환경오염에 따른 신 재생에너지의 필요성이 대두되면서, 중요한 주제가 되고 있다. 본 연구에서는 3차원 물결구조의 산화아연 박막을 핫플레이트를 이용하여, $180^{\circ}C$ 에서 산화아연의 3차원 물결구조의 형성에 성공하였다. 그리고 구조적 측면 뿐만 아니라, 아연 용액에 포함된 질소로 인해 산화아연의 밴드갭이 조절되어 유기태양전지의 효율이 증가했음을 확인 하였다. 또한 본 연구의 공정을 이용하여 PET 유연기판으로의 적용이 가능하다는 것을 확인 하였다.

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.337.2-337.2
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• 2016

역 구조 유기태양전지는 가격이 저렴하고 우수한 경량성, 간단한 제조공정 그리고 휘어짐이 가능한 소자를 제작할 수 있는 것이 큰 장점이다. 또한, 광활성층과 전극 사이에 표면개질 물질을 도입하여 에너지장벽을 줄임으로써 소자 전반적인 전하수송을 증가시킬 수 있게 되었다. 나아가 용액공정과 저온 공정을 통해 유기 광전자소자의 roll-to-roll 대면적화 기술을 기반으로 가격대비 성능을 개선시켰다. 본 연구에서는 CdSe 또는 CdSe@ZnS 양자점을 표면개질 유기물질인 polyethylenimine ethoxylated (PEIE)에 정전기적 인력의 결합을 통한 양자점 단일층을 얻었고 이는 전기수송층, 광흡수층 그리고 표면플라즈몬 공명(Surface plasmon resornace)의 역할을 수행하게 되면서 태양전지 전반적인 성능 향상을 관찰 할 수 있었고 양자점 단일층으로 인해 20%가 증가된 에너지변환효율 얻었다. 또한 단일층으로 형성된 CdSe 또는 CdSe@ZnS 양자점 은 $F{\ddot{o}}rster$ resonance energy transfer (FRET) 메커니즘을 통해 PC60BM과 P3HT의 Photo luminescence 세기를 99% 감쇄시켰고, CdSe 양자점을 유기 광활성층인 PTB7:PC71BM에 적용하여 8.1%의 수치를 나타내었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.135-136
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• 2013

본 연구에서는 ripple 구조의 ZnO 박막을 역 구조 태양전지 내에서의 전자 수집층 으로 사용하였으며, $P3HT/IC_{60}BA$와 PEDOT을 각각 active layer와 정공 수집층 으로 사용하였다. zinc acetate의 농도 조절을 통해 다양한 두께와 roughness를 갖는 ripple 구조의 ZnO를 합성할 수 있었으며, hot plate위에서의 온도 조절을 통해 저온에서의 ZnO ripple를 합성할 수 있었다. 다른 농도를 사용해 합성한 ZnO ripple들 보다 0.6M의 zinc acetate를 사용하였을 때 가장 높은 power conversion efficiency (PCE) 와 external quantum efficiency (EQE)를 보여주었다. AFM과 SEM 분석을 통해 0.6M의 zinc acetate조건에서는 표면적이 가장 넓으면서도 다른 농도를 사용 하였을 때에 비해 상대적으로 ripple의 깊이가 더 깊은 표면을 갖는 ZnO가 생성됨을 알 수 있었다. 이는 상대적으로 넓은 surface area를 갖는 ZnO ripple과 active layer 계면사이에서 보다 용이한 charge transfer가 이루어 질수 있기 때문이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권1호
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• pp.7-11
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• 2014

최근 유기태양전지의 효율향상을 위하여 고분자의 PEDOT:PSS 양극(Anode) 버퍼층이 널리 사용되고 있다. 그러나 고효율 태양전지의 개발과 더불어 새로이 적용되고 있는 역구조 유기 태양전지에는 이 같은 친수성의 PEDOT:PSS 고분자가 소수성의 양극이나 광활성층 상에 균일하게 코팅되는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 양극 버퍼층으로 $V_2O_5$와 같은 p-type 금속산화물을 사용한 연구가 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 저항을 낮추고 홀 이동도를 향상 시키기 위해 Ag를 삽입층으로 한 $V_2O_5$/Ag/ITO 구조의 다층 박막을 제작하고 Ag두께에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성의 변화에 대하여 살펴보았다. 가시광 영역에서는 Ag 두께가 증가함에 따라 광 투과율이 감소하는 반면 전기적 특성은 향상되는 것을 볼 수 있었다. 광소자의 투명전극산화물로 적합한 구조인지 평가하기 위해 Figure Of Merit(FOM)의 값을 측정하였고, 그 결과 Ag의 두께가 4 nm에서 가장 좋은 특성을 나타냈다. $V_2O_5$/Ag/ITO 구조의 다층 박막은 가시광 영역에서 Ag의 두께가 4 nm일 때 88%의 광 투과율을 나타내었고 저항 값은 $4{\times}10^{-4}{\Omega}cm$로써 광소자로 적합한 구조임을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권1호
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• pp.36-41
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• 2023

We investigated the properties of vanadium oxide (VOx) buffer layers deposited by a dual RF magnetron sputtering method under various target powers for inverted organic solar cells (IOSCs). Sputter fabricatged VOx thin films exhibited higher crystallinity with the increase of target power, resulting in a uniform and large grain size. The electrical properties of VOx films are improved with the increase of target power because of the increase of V content. In the results, the performance of IOSCs critically depended on the target power during the film growth because the crystalllinity of the VOx film affects the carrier mobility of the VOx film.