• Korean Chemical Engineering Research
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• v.60 no.4
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• pp.550-556
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• 2022

The performance of enzymatic fuel cells that convert chemical energy contained in various organic molecules such as sugar, alcohol, organic acids, and amino acids into electrical energy is greatly affected by the cathode as well as the anode. This study aimed to develop a laccase-based cathode with high performance. An enzyme composite composed of an laccase, redox mediator, and carbon nanotubes was immobilized on the surface of electrode in multiple layers, and the effect of the number of layers and the presence or absence of carbon nanotubes on electrode performance was investigated. As the number of layers of the enzyme-mediator (Lac-(PVI-Os-dCl)) on the electrode surface increased, the amount of reduction current generated at the electrode increased. The enzyme-carbon nanotube-mediator composite electrode (Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)) generated a current 1.7 times greater than that of the Lac-(PVI-Os-dCl). It was found that the largest amount of current (10.1±0.1 µA) was generated in the electrode composed of two layers of Lac-(PVI-Os-dCl) and two layers of Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl) in the evaluation of electrodes with different ratio of Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl) and Lac-(PVI-Os-dCl). The maximum power density of the cell using the cathode composed of a single layer of Lac-(PVI-Os-dCl) and the cell using the optimized cathode were 0.46±0.05 and 1.23±0.04 µW/cm², respectively. In this study, it was demonstrated that the performance of cathode and the enzymatic fuel cell using the same can be improved by optimizing the layers of composites composed of laccase, redox mediator, and carbon nanotubes on the electrode surface.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.16 no.4
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• pp.350-355
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• 2005

소형 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 전기를 만들기 위해서 고순도의 수소를 필요로 한다. 각각의 마이크로 성형된 금속박판(스테인레스 스틸, 알루미늄)을 진공 브레이징법으로 접합하여 수소공급용 소형 개질기를 제작하였다. 마이크로 채널의 내부는 졸-겔법(스테인레스 스틸)과 양극산화법(알루미늄)으로 촉매를 지지하기 위한 다공성 $Al_2O_3$ 층을 형성시켰다. 스테인레스 스틸 박판은 에칭과 브레이징에 유리하였으나, 표면산화층 코팅을 균일하게 하여 안정적인 촉매반응을 유도하기 위한 균일한 표면 산화층 형성이 힘들었다. 반면 알루미늄 박판은 표면 산화층 형성이 상대적으로 용이했으며, 촉매를 상하지 않는 낮은 온도에서의 적층이 가능했다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.53.1-53.1
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• 2009

실리콘 다층박막 태양전지를 위한 초고효율 실리콘 양자점 박막을 연구하기 위해 Silicon target과 Carbon target을 동시에 스퍼터하여 Silicon Carbide 박막을 증착하였다. Silicon Carbide 박막의 조성비는 target에 인가되는 RF Power를 조절하여 Auger Electro Spectroscopy를 사용하여 Si, C, O, N원소의 양을 정량화하여 측정하였다. Si Power를 200W에 고정하고, C Power를 0W에서 400W까지 변화시킬 때, $Si_{1-x}$ $C_x$ 박막에서 조성비 x는 0 ~ 0.43 범위였다. 이 박막을 증착 한 후에 질소 분위기에서 600 ~ $1000^{\circ}C$ 온도로 열처리를 진행하였다. High resolution TEM과 Raman 분석을 통해, 박막의 열처리 후 $Si_{1-x}$ $C_x$ 박막 내에 실리콘 양자점이 형성되었음을 관찰할 수 있었고, 2 ~ 10 nm 의 크기를 가지는 것으로 확인할 수 있었다. 이 실리콘 양자점을 포함한 $Si_{1-x}$ $C_x$ 박막을 적층하여 UV-VIS-NIR spectroscopy, FTIR및 PL와 같은 측정을 통해 광학적 에너지 밴드갭의 변화와 그에 따른 특성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.73-76
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• 2006

본 연구에서는 독일 율리히 연구소에서 도입된 면적 200mm*200mm의 연료극 지지체 평판형 SOFC 셀 및 금속 분리판 40장을 적층하여 5kW급 SOFC 스택을 제작하고 연속운전을 수행하여 운전특성을 분석했다. 본 연구를 통해 도입된 5kW급 SOFC 스택은 외국에서 시도된 적이 없는 평판형 SOFC스택의 가압운전을 시도해 보는 것으로서, 스택의 임계압력 특성을 확인하고, 이를 바탕으로 가스터빈-연료전지 하이브리드 시스템에서의 SOFC 스택 가압 운전기술을 확보하는 것이다 이러한 목적을 위해 본 연구에서는 상압형 5kW급 SOFC 스택 운전시스템에 대한 구성과 설계, 전반적인 운전 특성평가 (40셀 스택 운전 열 사이클 시험 연료 전환 $(H_2{\rightarrow}pre-reformed\;gas)$, 1200시간 연속운전 등)가 이뤄졌다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.210-210
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• 2013

그래핀은 뛰어난 기계적, 화학적, 광학적, 전기적 특성을 가지고 있는 2차원 물질로, 대면적 합성법과 전사 공정을 통해 다양한 기판에서의 사용이 가능해지면서 차세대 전자 소자로 활용하기위한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 디스플레이, 태양전지의 전극과 전계 효과 트랜지스터의 채널로 적용한 연구에서 우수한 결과들을 보이고 있다. 특히, 금속/금속 산화물 전극은 염료 감응형 태양전지와 유기 발광 다이오드 구조에서 화학적으로 불안정할 뿐 아니라 일함수가 고정되어 쇼트키 접촉이 형성되면 저항을 낮추기 어렵지만, 그래핀은 금속/금속 산화물 전극보다 화학적으로 안정하고 일함수의 조절이 가능해 옴 접촉 형성에 용이하다. 그래핀의 일함수를 조절하는 연구는 크게 공유결합과 비공유 결합을 이용한 방법이 시도된다. 공유 결합을 이용한 방법은 합성과정에서 그래핀의 구조에 내재된 결함 혹은 새로운 결함을 형성하여 다른 원소를 첨가하는 방법이다. 이러한 방법은 그래핀의 결함 영역에서 작용하기 때문에 그래핀 전자 구조의 높은 수준 조절을 위해선 그래핀 구조의 파괴가 동반된다. 반면, 비공유 결합을 이용한 방법은 전하 이동 도핑 효과를 이용해 그래핀의 전자 구조를 제어하는 방법으로, 금속/금속산화물/기능기와 그래핀의 적층으로 복합 구조를 형성하는 방법이다. 금속/금속 산화물과의 복합구조는 안정적인 p-형 도핑이 보고되었지만, n-형 도핑은 대기중의 수분, 산소 그리고 기판과의 상호작용에 의해 대기중에서 불안정해 추가적인 피막공정이 요구된다. 기능기를 이용한 적층 구조는 그래핀과 기판사이의 상호작용 혹은 그래핀 전자 구조를 다양한 기능기를 이용해 제어하는 것으로, 이극성을 가진 자기정렬 단일층(self-assembled monolayers)이 대표적인 방법이다. 공간기(spacer)의 길이나 말단기(end group)의 종류로 p-형과 n-형의 도핑 수준을 제어할 수 있지만, 흡착기(chemisorbing groups)의 반응성이 기판의 화학적, 물리적 표면상태에 의존하기때문에 기판 선택이 제약되며 전처리 공정이 요구될 수 있는 한계가 있다. 본 연구에서는 다양한 기판에 적용가능한 용액 공정을 이용해 그래핀과 고분자를 적층하였고, 안정적이고 효과적으로 일함수를 낮추는 구조를 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.789-790
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• 2012

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2012.10a
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• pp.585-586
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• 2012

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.1543-1544
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• 2013

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.73.1-73.1
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• 2010

태양광 시장은 세계적인 금융 위기 속에서도 점점 그 규모가 확대되고 있다. 시장의 규모가 확대되고 있음에도 불구하고 금융 위기를 겪으면서 생산자 중심의 시장에서 수요자 중심의 시장으로 바뀌게 되었다. 이에 따라 더 적은 비용으로 높은 출력의 제품만이 경쟁력을 가지게 됨으로써 효율이 더욱 이슈화되었다. 여러 태양전지 중 가장 점유율이 높은 결정질 태양전지는 일반적인 양산 공정만으로 효율을 높이는데 한계가 있으므로 selective emitter, back contact, light induced plating 등의 새로운 공정을 도입하여 효율을 높이려는 경향이 나타나고 있다. 본 연구에서는, ALD 장치를 사용하여 결정질 태양전지의 후면을 passivation 함으로써 효율을 높이는 방법을 모색하였다. 부동화 층으로는 $Al_2O_3$를 사용하였으며 셀을 제조하여 평가하였다. 실험방법은 p-type의 웨이퍼를 이용하여 습식으로 texturing 후 $POCl_3$ 용액으로 p-n junction을 형성하였고 anti-reflection 막인 SiNx는 PECVD를 사용하여 R.I 2.05, 80nm 두께로 증착하였다. 그런 다음 후면의 n+ layer를 제거하기 위하여 SiNx에 영향을 미치지 않는 용액을 사용하여 후면을 식각하였다. BSF 층은 screen printer로 Al paste를 printing하여 형성하였고 Al etching용액으로 여분의 Al제거한 후 ALD 장치를 이용하여 $Al_2O_3$를 증착하였다. 마지막으로 전극을 형성한 후 laser로 isolation하여 효율을 평가하였다.