• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권2호
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• pp.202-207
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• 2024

This study examines a manufacturing process for the photoelectrode material of dye-sensitized solar cell (DSSC) intending to increase efficiency through the surface plasmon resonance phenomenon of nanoparticles with a composite structure made of Ag and TiO₂. This invention involves the use of Ag and TiO₂ nanoparticles in the solar cell. These nanoparticles cause surface plasmon resonance, which amplifies and scatters incident solar energy, enhancing the dye's rate of light absorption. It also makes it possible to absorb energy in wavelength ranges that were previously difficult to do, which increases efficiency. Centrifugal separation and heat synthesis are used to create the composite metal structures, and certain combinations are used to decide the particle morphologies. To increase the efficiency of organic solar cells and DSSC, the Ag/TiO₂ composite structure is therefore quite likely to be used.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.76-76
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• 2011

Polymer-fullerene based bulk heterojunction (BHJ) solar cells can be fabricated in large area using low-cost roll-to-roll manufacturing methods. However, because of the low mobility of the BHJ materials, there is competition between the sweep-out of the photogenerated carriers by the built-in potential and recombination within the thin BHJ film [12-15]. Useful film thicknesses are limited by recombination. Thus, there is a need to increase the absorption by the BHJ film without increasing film thickness. Metal nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances (LSPR) which couple strongly to the incident light. In addition, relatively large metallic nanoparticles can reflect and scatter the light and thereby increase the optical path length within the BHJ film. Thus, the addition of metal nanoparticles into BHJ films offers the possibility of enhanced absorption and correspondingly enhanced photo-generation of mobile carriers. In this work, we have demonstrated several positive effects of shape controlled Au and Ag nanoparticles in organic P3HT/PC70BM, PCDTBT/PC70BM, Si-PCPDTBT/PC70BM BHJ-based PV devices. The use of an optimized concentration of Au and Ag nanomaterials in the BHJ film increases Jsc, FF, and the IPCE. These improvements result from a combination of enhanced light absorption caused by the light scattering of the nanomaterials in an active layer. Some of the metals induce the plasmon light concentration at specific wavelength. Moreover, improved charge transport results in low series resistance.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.426-426
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• 2011

최근 들어 금속물질을 나노미터 단위로 구성할 수 있는 기술이 진보하면서, 금속 나노입자에 의해 발생되는 표면 플라즈몬에 대해서도 다양한 분야의 관심이 집중되고 있다. 유전체 물질을 기지상으로 하는 금속:유전체 나노복합체에서 금속 나노입자는 자유전자들의 집단 진동인 국소표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)현상에 의해 국부전기장을 증대 시키고, 가시광 및 적외선 영역에서 특성 광흡수 거동을 보인다. 이와 같은 광학적 특성은 금속 나노입자들의 크기, 형태, 그리고 나노입자들의 주변을 구성하는 기지상 물질의 종류에 의해 조절된다. 금속:유전체 나노복합체에 나타나는 이러한 특성은 단순장식코팅 뿐만 아니라 광의 효율적 운용과 광을 매개로 한 기능발현을 필요로 하는 디스플레이, 광학 스위칭 소재 및 태양전지의 효율 향상을 위한 광흡수층 등 매우 다양한 응용이 가능하다. 본 연구에서는 다양한 굴절률을 갖는 재료들 중, 저굴절률을 갖는 SiO2와 고굴절률을 갖는 ZnS-SiO2를 기지상 재료로 선택하여 교번증착 스퍼터링법으로 Ag와 Au입자를 형성시켰다. Ag를 금속나노입자로 갖고, SiO2와 ZnS-SiO2를 기지상으로 하는 금속:유전체 나노복합체에서는 금속나노입자 형성에 따른 뚜렷한 표면 플라즈몬 공진 광흡수 피크가 관찰된 반면 Au나노입자는 기지상에 따라 각기 다른 광흡수 특성을 나타냈는데, SiO2기지상에서 명확한 광흡수 피크를 형성했던 경우와는 달리 ZnS-SiO2기지상에서는 특정파장에서의 흡수피크로 규정되기 어려운 넓은 파장범위에 걸친 완만한 광흡수 피크를 나타냈다. TEM 분석을 통해, ZnS-SiO2 기지상 내의 Au입자는 각각 독립되어 있는 Island형태가 아닌 유전체 기지상과 대칭적으로 혼합된 네트워크 형태의 Bruggeman 기하구조를 구성하고 있음을 확인하였고, 이는 Au입자가 형성되고 성장할 때 Au와 S의 높은 결합에너지로 인해 상당한 젖음 특성을 갖고 성장하였기 때문으로 판단됐다. 따라서 나노복합체를 구성하는 물질간의 광학적 특성뿐만 아니라 기지상 내에서의 금속입자의 성장거동에 대한 연구가 수반되었을 때, 금속:유전체 나노복합체의 표면 플라즈몬 공진 광흡수 특성을 보다 정확하게 제어할 수 있다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.77-77
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• 2008

금(Au)이나 은(Ag)과 같은 귀금속 물질로 형성된 금속 나노 구조체는 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance, SPR) 현상과 이의 국부 환경(local environment) 변화에 대해 민감한 의존성으로 인하여 생화학적 센서로의 응용이 주목 받고 있다. 표면 플라즈몬 공진은 광 흡수와 광 산란을 수반하는데, 두 가지 특성 모두 분광학적 신호검출방식으로 센서에 응용가능하다. 이 중 광 산란을 이용하는 방식은 광원의 배경잡음 효과가 배제되기 때문에 단일 입자 검출에 유리하다. 광 흡수와 광 산란 특성은 금속 나노 구조체는 크기, 형상, 주변 매질, 물질의 선택에 따라서 영향을 받는다. 본 연구에서는 금 나노 디스크(nanodisc)의 형상에 따라서 여기 되는 표면 플라즈몬이 광 흡수와 광 산란 특성에 미치는 영향을 가시광과 근적외선 영역에 대해서 불연속 쌍극자 근사법(Discrete Dipole Approximation, DDA)을 이용하여 전사모사(simulation) 하였다. 금 나노 디스크의 형상과 플라즈몬 특성 간의 관계는 공명 파장과 산란 양자 거둠율(scattering quantum yield, $\eta$)을 이용하여 분석하였고, 센서로서의 응용을 가늠하기 위해 주변 매질의 굴절률을 조절하여 그에 따른 민감도(sensitivity )를 비교하였다. 나노 디스크의 모양이 판상에 가까워질수록 공명 파장은 적색 편이하였고 광 산란 효율과 민감도는 증가하는 현상이 나타났다. 또한, 산란 양자 거둠율은 증가하다가 완만하게 감소하는 경향이 나타났다.

• Current Optics and Photonics
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• 제5권1호
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• pp.1-7
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• 2021

For higher sensitivity in ultraviolet (UV) and even vacuum ultraviolet (VUV) detection of silicon-based sensors, a sandwich-structured film sensor based on Ag Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) was designed and fabricated. This film sensor was composed of a Ag nanoparticles (NPs) layer, SiO2 buffer and fluorescence layer by physical vapour deposition and thermal annealing. By tuning the annealing temperature and adding the SiO2 layer, the resonance absorption wavelength of Ag NPs matched with the emission wavelength of the fluorescence layer. Due to the strong plasmon resonance coupling and electromagnetic field formed on the surface of Ag NPs, the radiative recombination rate of the luminescent materials and the number of fluorescent molecules in the excited state increased. Therefore, the fluorescent emission intensity of the sandwich-structured film sensor was 1.10-1.58 times at 120-200 nm and 2.17-2.93 times at 240-360 nm that of the single-layer film sensor. A feasible method is provided for improving the detection performance of UV and VUV detectors.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.413-413
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• 2014

In this paper, we present a fabrication method of functionalized gold nanostructures on flexible substrate that can be implemented for plasmonic sensing application. For biomolecular sensing, many researchers exploit unconventional lithography method like nanoimprint lithography (NIP), contact transfer lithography, soft lithography, colloidal transfer printing due to its usability and easy to functionalization. In particular, nanoimprint and contact transfer lithography need to have anti-adhesion layer for distinctive metallic properties on the flexible substrates. However, when metallic thin film was deposited on the anti-adhesion layer coated substrates, we discover much aggravation of the mold by repetitive use. Thus it would be impossible to get a high quality of metal nanostructure on the transferred substrate for developing flexible electronics based transfer printing. Here we demonstrate a method for nano-pillar mold and transfer the controllable nanoparticle array on the flexible substrates without an anti-adhesion layer. Also functionalization of gold was investigated by the different length of thiol applied for effectively localized surface plasmonic resonance sensing. First, a focused ion beam (FIB) and ICP-RIE are used to fabricate the nanoscale pillar array. Then gold metal layer is deposited onto the patterned nanostructure. The metallic 130 nm and 250 nm nanodisk pattern are transferred onto flexible polymer substrate by bi-layer functionalized contact imprinting which can be tunable surface energy interfaces. Different thiol reagents such as Thioglycolic acid (98%), 3-Mercaptopropionic acid (99%), 11-Mercaptoundecanoic acid (95%) and 16-Mercaptohexadecanoic acid (90%) are used. Overcoming the repeatedly usage of the anti-adhesion layer mold which has less uniformity and not washable interface, contact printing method using bi-layer gold array are not only expedient access to fabrication but also have distinctive properties including anti-adhesion layer free, functionalized bottom of the gold nano disk, repeatedly replicate the pattern on the flexible substrate. As a result we demonstrate the feasibility of flexible plasmonic sensing interface and anticipate that the method can be extended to variable application including the portable bio sensor via mass production of stable nanostructure array and other nanophotonic application.

• 대한화학회지
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• 제57권5호
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• pp.618-624
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• 2013

코어-쉘 형태의 금@은 나노입자가 재구성된 자기조립 블록공중합체 역마이셀 박막에 선택적으로 결합하여 특정 클러스터 배열을 형성하도록 유도하였고, 생성된 배열에 대하여 나노입자 사이의 상호작용에 따른 국소 표면 플라즈몬 결합 현상을 고찰하였다. 금@은 나노입자 배열을 제조하기 위해 폴리스티렌-블록-폴리(4-비닐피리딘) 역마이셀 박막을 주형으로 선택하였으며, 특정 용매 처리에 의해 선택적으로 유도되는 역마이셀 박막의 재구성 현상을 바탕으로, 폴리비닐피롤리돈으로 안정화된 금@은 나노입자의 도입 방법에 따라 규칙적이거나 무질서한 두가지 유형의 금@은 나노입자의 배열을 제조하였다. 금@은 나노입자를 안정화시키기 위하여 사용한 리간드 종류, 금 코어와 은 쉘의 결합, 은 쉘의 두께 변화, 및 금@은 나노입자의 배열 형태 등의 다양한 변수에 따라 발현되는 국소 표면 플라즈몬 결합 현상을 자외선-가시광 흡광 스펙트럼으로 관찰하였다. 최종적으로 나노입자 배열을 표면 증강 라만 산란 현상을 고찰하기 위한 기판으로써 응용하였으며 금@은 나노입자 패턴의 결합 정도에 상응하는 현저히 증강된 라만 신호를 관찰하였다.