• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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• v.32A no.9
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• pp.121-127
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• 1995

We have analyzed the double insulating layer consisting of anodic oxide and ZnS through TEM experiments. The use of double insulating layer for HgCdTe surface passivation is one of the promising passivation method which has been recently studied deeply and the double insulating layer is formed by the evaporation of ZnS on the top of anodic oxide layer grown in H$_{2}$O$_{2}$ electrolyte. The structure of anodic oxide layer on HgCdTe is amorphous but the structure of oxide layer after the evaporation of ZnS has been changed to micro-crystalline. The interface layer of 150.angs. thickness has been found between ZnS and anodic oxide layer and is estimated to be ZnO layer. The results of analysis on the chemical components of ZnS, the interface layer and anodic oxide layer have showed that Zn has diffused into the anodic oxide layer deeply while Hg has been significantly decreased from HgCdTe bulk to the top of oxide layer. The formation of ZnO interface layer and the change of structure of anodic oxide layer after the evaporation of ZnS are estimated to be defects or to induce the defects which might possibly affect the increase of the positive fixed charges shown in C-V measurements of HgCdTe MIS.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.380-380
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• 2011

ZnO 나노라드 위에 양자점을 증착한 후 그 위에 $TiO_2$를 ALD방법으로 증착하여 그 passivation 효과가 solar cell 효율에 미친 영향에 대한 실험을 진행하였다. Hydrothermal 방법으로 수직한 1차원 형태의 ZnO 나노라드를 성장시킨다. 여기에 SILAR 방법을 거쳐서 CdS 양자점을 증착시키고, 후에 CBD를 이용하여 CdSe 양자점을 증착시킨다. 여기에 마지막으로 amorphous $TiO_2$로 표면을 덮는 과정을 거치는데, $TiO_2$가 ZnO 라드 위에 균일하고 정밀하게 증착되도록 하기 위해서 Atomic Layer Deposition을 이용하였다. 다양한 분석 방법을 통해 $TiO_2$/CdSe/CdS/ZnO 구조를 조사하였으며, ZnO 나노라드 위에 $TiO_2$가 정교하게 올라간 것을 확인한 후에 solar cell에 적용하여 그 효율을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.378-378
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• 2011

ZnO 나노선 구조는 나노선 구조를 통해 입사한 빛을 산란시켜 광흡수를 촉진시키고, 바닥 전극으로 바로 이어진 수직의 1차원 구조를 통해 전자가 빠르게 이동할 수 있으며, 넓은 표면적을 가지고 있는 등의 장점을 가지고 있어 오래전부터 광전소자에 이용되었다. 하지만 ZnO 물질 자체의 밴드갭 에너지가 3.2 eV로 비교적 큰 편이라 가시광 영역의 빛을 흡수, 이용하기 위해서는 작은 밴드갭을 가지는 광감응 물질이 필요하다. 본 연구에서는 저온의 수열합성법을 통해 합성한 ZnO 나노선 구조 상에 Cd 계열의 무기물 양자점을 증착하여 이종구조를 형성하는 방법을 개발하였다. 본 연구에서 사용한 양자점인 CdS와 CdSe는 벌크 밴드갭 에너지가 각각 2.3 eV, 1.7 eV로 가시광 영역의 빛을 흡수할 수 있으며, ZnO 나노선과 type-II 밴드구조를 가지기 때문에 전자-정공 분리 및 포집에 유리하다. 합성된 구조를 이용하여 photoelectrochemical 특성을 분석하였으며, 그 결과 양자점의 증착으로 광전류 생성이 향상됨을 확인하였다. 특히 ZnO 나노선 상에 CdS 양자점 증착 후 추가적으로 CdSe 양자점을 증착하여 다중접합 나노선 구조를 형성한 경우 광전류 생성이 가장 크게 향상된 결과를 확인하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• v.35 no.4
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• pp.1182-1190
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• 2014

$Cd_{1-x}Zn_xS$-sensitized $K_4Nb_6O_{17}$ composite photocatalysts (designated $Cd_{1-x}Zn_xS/K_4Nb_6O_{17}$) were prepared via a simple deposition-precipitation method. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), $N_2$ sorption, ultraviolet-visible light diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis DRS), photoluminescence measurements (PL), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S$ particles were scattered on the surface of $K_4Nb_6O_{17}$, and had a relatively uniform size distribution around 50 nm. The absorption edge of $K_4Nb_6O_{17}$ was shifted to the visible light region and the recombination of photo-generated electrons and holes suppressed after $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S$ loading. The $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S$(25 wt %)/$K_4Nb_6O_{17}$ composite possessed the highest photocatalytic activity for hydrogen production under visible light irradiation, evolving 8.278 mmol/g in 3 h. Recyclability tests were performed, and the composite photocatalysts were found to be fairly stable. The mechanism of charge separation between the photogenerated electrons and holes at the $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S/K_4Nb_6O_{17}$ composite was discussed.

• Journal of IKEEE
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• v.22 no.1
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• pp.61-67
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• 2018

We investigated theoretically the magnetic field dependence of the quantum optical transition of qusi 2-Dimensional Landau splitting system, in CdS and ZnO. In this study, we investigate electron confinement by square well confinement potential in magnetic field system using quantum transport theory(QTR). In this study, theoretical formulas for numerical analysis are derived using Liouville equation method and Equilibrium Average Projection Scheme (EAPS). In this study, the absorption power, P (B), and the Quantum Transition Line Widths (QTLWS) of the magnetic field in CdS and ZnO can be deduced from the numerical analysis of the theoretical equations, and the optical quantum transition line shape (QTLS) is found to increase. We also found that QTLW, ${\gamma}(B)_{total}$ of CdS < ${\gamma}(B)_{total}$ of ZnO in the magnetic field region B<25 Tesla.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.257.1-257.1
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양 전지에서 buffer layer는 CIGS 흡수층과 TCO 사이의 밴드갭 차이에 대한 문제점과 lattice mismatch를 해결하기 위해 필수적이다. 흔히 buffer layer 물질로는 CdS가 가장 많이 사용되고 있으나 Cd의 독성에 관한 문제가 야기되고 있다. 따라서 ZnS(O, OH) buffer layer가 친환경 물질로 기존의 CdS 버퍼 층의 대체 물질로 각광 받고 있으며, 단파장 범위에서 높은 투과율로 인해 wide band gap의 Chalcopyrite 태양 전지에 응용되는 buffer layer로 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한 buffer layer를 최적화 하여 carrier lifetime과 양자 효율이 증가시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 이 연구에서는 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막에 화학습식공정 (CBD) 방법을 이용하여 최적화된 ZnS(O, OH)의 증착 조건을 찾고, 고품질의 buffer layer를 제조하기 위한 실험에 초점을 맞췄다. 또한, buffer layer의 막질을 개선하고 균일한 막을 제조하기 위해 processing parameters인 시약의 농도, 제조 시간 및 온도 등의 다양한 변화를 통해 실험을 진행하였다. 그 후 최적화된 ZnS(O, OH) buffer layer의 특성 분석을 위해 X-ray diffraction(XRD), photoluminescence (PL), scanning electron microscope (SEM) and GD-OES을 이용하였고, 이를 통해 제조된 CIGS 박막 태양전지는 light induced current-voltage (LIV) and external quantum efficiency (EQE)를 통해 특성 분석을 실시 하였다. 결과적으로, 제조된 ZnS(O, OH) buffer layer의 $ZnSO4{\cdot}7H2O$의 농도는 0.16 M, Thiourea는 0.5 M, NH4OH는 7.5 M, 그리고 반응 온도는 77.5 oC의 조건 하에 CIGS 기판 위에 균일하고 균열이 없는 ZnS(O, OH) 박막을 제조하였으며 이때 제조된 태양전지의 소자 특성은 Voc = 0.478 V, Jsc = 35.79 mA/cm2, FF = 47.77%, ${\eta}=8,18 %$이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.671-671
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• 2013

실리콘 태양전지와 박막형 태양전지의 뒤를 이어, 제3세대로 분류되는 양자점 감응형 태양전지(QDSC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 태양전지의 TCO로는 주로 ZnO, TiO2가 대부분 사용되고 있으며, 양자점 물질로는 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe 등의 카드뮴 및 납을 주 성분으로 하는 물질들에 대한 연구만 중점적으로 이루어지고 있는 실정이다. 이런 물질들은 현재까지 알려진 한도 내에서는 QDSC 효율 중 가장 좋은 효율을 나타내고는 있으나 이런 타입의 QDSC가 상용화된다면 환경에 노출되었을 때에 미치는 악영향이 매우 큰 중금속 물질들로 이루어져 있어, 이를 극복할 수 있는 친환경 성분의 물질에 대한 연구 또한 필요한 시점이다. 따라서 본 연구에서는 CdS를 대체할 수 있는 물질로 Ag2S를 선정, 이에 대한 연구를 진행하였다. Ag2S는 밴드갭이 1.1eV의 물질로, CdS의 2.3 eV와 비교해 상당히 작은 밴드갭을 가져 월등히 넓은 영역에서 빛을 흡수할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 동시에 이로 인한 전자-정공 재결합이 빨라 태양전지로 제작시에 Voc가 낮게 형성된다는 단점도 가지고 있다. 태양전지에 사용된 TCO물질은 ZnO 나노선을 사용했으며, 본 연구실에서 기존에 개발한 수열합성법을 통해 제작하였다. 이를 활용하여 최종적으로 제작한 태양전지의 효율은 CdS/ZnO QDSC가 1.2%, Ag2S/ZnO QDSC가 1.2%로 동일한 성능을 나타냈으며, CdS를 대체할 물질로 Ag2S의 가능성을 보여준 결과라 할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.378-378
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• 2011

본 연구에서는 ZnO 나노선 기판을 제작하여 그 위에 밴드갭이 낮은 물질인 CdS, CdSe를 증착시킨 후 p-type 반도체 물질인 CuSCN을 증착시켜 안정성이 향상된 양자점 감응형 태양전지를 제작하였다. ZnO 나노선 기판은 투명한 FTO 기판 위에 ZnO를 진공증착시켜 seed layer를 제작하고 그 위에 $10{\mu}m$정도의 길이의 나노와이어를 성장시킨 후, 밴드갭이 낮은 CdS, CdSe 물질과의 다중접합을 이용하여 제작하고, 이러한 나노선 구조위에 chemical solution deposition을 이용하여 ${\beta}$-CuSCN을 형성시켰다. 양자점 감응형 태양전지는 ZnO 나노선을 photoanode로 이용하고 ZnO 나노선은 암모니아수와 아연염을 이용한, 비교적 저온의 수열합성법을 통해 합성하였고, sensitizer로 쓰인 CdS, CdSe 물질은 CBD방식을 통하여 합성된 나노선 위에 in-situ로 접합시켰다. 또한, 기존의 액체전해질을 이용한 양자점 감응형 태양전지의 안정성을 향상시키기 위해 p-type의 반도체 물질인 CuSCN물질을 propyl sulfide를 이용, ${\sim}80^{\circ}C$의 열을 가하여 in-situ 방식으로 다공성 구조에 효율적으로 접합이 가능하도록 deposition하였다. 일반적으로, CuSCN film은 홀 전도체로서의 장점을 지닌 반면, 전도성이 낮은 단점이 있기 때문에 이를 향상시키기 위해서 첨가제를 이용, 농도에 따라서 전도도가 향상되고 셀의 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 이와 같이 합성된 구조는 주사전자현미경(SEM), X-선 회절(XRD), 솔라시뮬레이터 등의 분석장비를 이용하여 태양전지로서의 특성을 분석하였다. 또한 안정성 평가를 위하여 시간에 따른 셀의 특성변화도 비교하였다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.15 no.2
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• pp.267-275
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• 2015

In this paper, ZnO films were prepared by atomic layer deposition (ALD) and CdS films were deposited using chemical bath deposition (CBD) to form ZnO/CdS heterojunction. More accurate mapping of band arrangement of the ZnO/CdS heterojunction has been performed by analyzing its electrical and optical characteristics in depth by various methods including transmittance, x-ray photoemission spectroscopy (XPS), and ultraviolet photoemission spectroscopy (UPS). The optical bandgap energies ($E_g$) of ZnO and CdS were 3.27 eV and 2.34 eV, respectively. UPS was capable of extracting the ionization potential energies (IPEs) of the materials, which turned out to be 8.69 eV and 7.30 eV, respectively. The electron affinity (EA) values of ZnO and CdS calculated from IPE and $E_g$ were 5.42 eV and 4.96 eV, respectively. Energy-band structures of the heterojunction could be accurately drawn from these parameters taking the conduction band offset (CBO) into account, which will substantially help acquisition of the full band structures of the thin films in the CIGS solar-cell device and contribute to the optimal device designs.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.106.1-106.1
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• 2011

The Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin film solar cells have been achieved until almost 20% efficiency by NREL. These solar cells include chemically deposited CdS as buffer layer between CIGS absorber layer and ZnO window layer. Although CIGS solar cells with CdS buffer layer show excellent performance, the short wavelength response of CIGS solar cell is limited by narrow CdS band gap of about 2.42 eV. Taking into consideration the environmental aspect, the toxic Cd element should be replaced by a different material. Among Cd-free candidate materials, the CIGS thin film solar cells with ZnS buffer layer seem to be promising with 17.2%(module by showa shell K.K.), 18.6%(small area by NREL). However, ZnS/CIGS solar cells still show lower performance than CdS/CIGS solar cells. There are several reported reasons to reduce the efficiency of ZnS/CIGS solar cells. Nakada reported ZnS thin film had many defects such as stacking faults, pin-holes, so that crytallinity of ZnS thin film is poor, compared to CdS thin film. Additionally, it was known that the hetero-interface between ZnS and CIGS layer made unfavorable band alignment. The unfavorable band alignment hinders electron transport at the heteo-interface. In this study, we focused on growing defect-free ZnS thin film and for favorable band alignment of ZnS/CIGS, bandgap of ZnS and CIGS, valece band structure of ZnS/CIGS were modified. Finally, we verified the photovoltaic properties of ZnS/CIGS solar cells.