• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권2호
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• pp.63-67
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• 2010

본 연구에서는 P3HT와 PCBM 물질을 전자도너와 억셉터 광활성층 물질로 사용하여 벌크이종접합 구조를 갖는 Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT-PCBM/Al 구조의 유기박막태양전지를 제작하였다. P3HT와 PCBM은 각각 0.5 wt%의 농도로 톨루엔 용액에 용해하였다. 광활성층 농도를 최적화하기 위하여 P3HT:PCBM= 3:4, 4:4, 4:3 wt%의 농도비로 소자를 제작하고, 농도비에 따른 전기적 특성을 조사하였다. 또한 활성층의 후속열처리 온도가 소자의 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. P3HT와 PCBM의 농도비가 4:4 wt%의 비율에서 가장 우수한 전기적 특성을 나타내었으며, 이때 단락전류밀도 ($J_{SC}$), 개방전압 ($V_{OC}$), 및 충실인자 (FF)는 4.7 $mA/cm^2$, 0.48 V 및 43.1%를 각각 나타내었다. 또한 전력변환효율(PCE)은 0.97%의 값을 얻었다. 최적화된 농도비를 갖는 태양전지 소자에 대해 $150^{\circ}C$에서 5분, 10분, 15분, 20분간 후속 열처리를 실시한 결과 P3HT 전자도너의 흡광계수가 증가하는 경향을 보였다. 후속 열처리 조건이 $150^{\circ}C$에서 15분인 경우 전기적 특성이 열처리 하지 않은 소자에 비해 특성이 개선되었다. 즉, 이때의 전기적 특성은 $J_{SC},\;V_{OC}$, FF, PCE의 값이 각각 7.8 $mA/cm^2$, 0.55 V, 47%, 2.0%를 나타내었다.

• 공업화학
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• 제24권4호
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• pp.396-401
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• 2013

Benzo[1,2,5]thiadiazole, carbazole 및 phenanthrene을 기본 골격으로 한 교대공중합체인 poly[9-(2-octyl-dodecyl)-9H-carbazole-alt-4,7-di-thiophen-2-yl-benzo[1,2,5]thiadiazole] (PCD20TBT)와 poly[9,10-bis-(2-octyl-dodecyloxy)-phenanthrene-alt-4,7-di-thiophen-2-yl-benzo[1,2,5]thiadiazole] (PN40TBT)을 Suzuki coupling reaction을 이용하여 중합하였다. 합성한 고분자들은 chloroform, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, tetrahydrofuran, toluene과 같은 유기용매에 대한 용해도가 우수하였다. PCD20TBT의 최대흡수 파장과 밴드갭은 각각 535 nm와 1.75 eV이고, PN40TBT의 최대흡수 파장과 밴드갭은 각각 560 nm과 1.97 eV이었다. PCD20TBT의 HOMO 및 LUMO 에너지준위는 각각 - 5.11 eV와 - 3.36 eV이고, PN40TBT의 HOMO 및 LUMO 에너지준위는 각각 -5.31 eV와 -3.34 eV이었다. 합성한 고분자와 (6)-1-(3-(methoxycarbonyl)-{5}-1-phenyl[5,6]-fullerene(PCBM)을 1:2의 중량비로 블랜딩하여 제작한 이종접합형태(bulk heterojunction) 태양전지를 제작하였다. PCD20TBT의 광전변환효율은 0.52%, PN40TBT의 광전변환효율은 0.60%이었다. 그리고 소자의 단락 전류밀도, 충진 인자와 개방전압은 PCD20TBT가 각각 $-1.97mA/cm^2$, 38.2%, 0.69 V이며, PN40TBT의 경우 각각 $-1.77mA/cm^2$, 42.9%, 0.79 V이었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권2호
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• pp.417-423
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• 2011

A series of new quinoxaline-based thiophene copolymers (PQx2T, PQx4T, and PQx6T) was synthesized via Yamamoto and Stille coupling reactions. The $M_ws$ of PQx2T, PQx4T, and PQx6T were found to be 20,000, 12,000, and 29,000, with polydispersity indices of 2.0, 1.2, and 1.1, respectively. The UV-visible absorption spectra of the polymers showed two distinct absorption peaks in the ranges 350 - 460 nm and 560 - 600 nm, which arose from the ${\pi}-{\pi}^*$ transition of oligothiophene units and intramolecular charge transfer (ICT) between a quinoxaline acceptor and thiophene donor. The HOMO levels of the polymer ranged from -5.37 to -5.17 eV and the LUMO levels ranged from -3.67 to -3.45 eV. The electrochemical bandgaps of PQx2T, PQx4T, and PQx6T were 1.70, 1.71, and 1.72 eV, respectively, thus yielding low bandgap behavior. PQx2T, PQx4T, and PQx6T had open circuit voltages of 0.58, 0.42, and 0.47 V, and short circuit current densities of 2.9, 5.29 and 9.05 mA/$cm^2$, respectively, when $PC_{71}BM$ was used as an acceptor. For the solar cells with PQx2T-PQx6T:$PC_{71}BM$ (1:3) blends, an increase in performance was observed in going from PQx2T to PQx6T. The power conversion efficiencies of PQx2T, PQx4T, and PQx6T devices were found to be 0.69%, 0.73%, and 1.80% under AM 1.5 G (100 mW/$cm^2$) illumination.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.646-651
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• 2018

최근 태양전지의 Donor/Acceptor 계면에 그래핀 양자점을 완충 층으로 삽입하여 광 전환 효율을 향상시킨 많은 연구 결과들이 보고되었다. 그래핀 양자점은 그래핀 단일 층이 여러 겹 쌓여서 구성된 수 나노미터 크기의 물질로, 양자 제한 효과에 의한 밴드갭 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 대부분의 그래핀 양자점을 활용한 연구에서 레이저 분쇄나 수열 처리 등과 같은 복잡하고 접근성이 떨어지는 용액 공정들이 박막 형성에 사용되고 있다. 본 연구에서는 Indium tin oxide(ITO)/$TiO_2$/Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)/Al 구조로 구성된 태양전지의 Donor/Acceptor 계면에 그래핀 양자점을 단순한 초음파 처리를 통해 용매에 분산시켜 박막 공정에 사용하였음에도 불구하고, 단락 전류를 $1.26{\times}10^{-5}A/cm^2$에서 $7.46{\times}10^{-5}A/cm^2$으로, 곡선인자(Fill factor)를 0.27에서 0.42로 향상된 결과를 확인하였다. 이러한 결과를 트랜지스터 구조의 소자를 활용한 전기적 성질 확인과 순환 전압-전류법을 통한 에너지 레벨 분석 및 가시광 흡수 스펙트럼 분석 등을 통하여 고찰하였다. 본 연구 결과를 통해 그래핀 양자점 용액 공정이 복잡한 처리 공정 없이도, 보다 폭넓게 활용 가능할 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.213-213
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• 2012

It has been known that quantum confinement effect of CdSe nanocrystal was observed by increasing the number of deposition cycle using successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method. Here, we report on thermally-induced quantum confinement effect of CdSe at the given cycle number using spin-coating technology. A cation precursor solution containing $0.3\;M\;Cd(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$ is spun onto a $TiO_2$ nanoparticulate film, which is followed by spinning an anion precursor solution containing $0.3\;M\;Na_2\;SeSO_3$ to complete one cycle. The cycle is repeated up to 10 cycles, where the spin-coated $TiO_2$ film at each cycle is heated at temperature ranging from $100^{\circ}C$ to $250^{\circ}C$. The CdSe-sensitized $TiO_2$ nanostructured film is contacted with polysulfide redox electrolyte to construct photoelectrochemical solar cell. Photovoltaic performance is significantly dependent on the heat-treatment temperature. Incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) increases with increasing temperature, where the onset of the absorption increases from 600 nm for the $100^{\circ}C$- to 700 nm for the $150^{\circ}C$- and to 800 nm for the $200^{\circ}C$- and the $250^{\circ}C$-heat treatment. This is an indicative of quantum size effect. According to Tauc plot, the band gap energy decreases from 2.09 eV to 1.93 eV and to 1.76 eV as the temperature increases from $100^{\circ}C$ to $150^{\circ}C$ and to $200^{\circ}C$ (also $250^{\circ}C$), respectively. In addition, the size of CdSe increases gradually from 4.4 nm to 12.8 nm as the temperature increases from $100^{\circ}C$ to $250^{\circ}C$. From the differential thermogravimetric analysis, the increased size in CdSe by increasing the temperature at the same deposition condition is found to be attributed to the increase in energy for crystallization with $dH=240cal/^{\circ}C$. Due to the thermally induced quantum confinement effect, the conversion efficiency is substantially improved from 0.48% to 1.8% with increasing the heat-treatment temperature from $100^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$.

• 한국결정성장학회지
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• 제23권2호
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• pp.108-113
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• 2013

$CuInSe_2$(CIS) chalcopyrite 물질은 고효율 박막 태양전지를 위한 광흡수층의 물질로 매우 잘 알려져 있다. 최근 태양광 산업의 흐름은 안정적인 재료 개발과 가격 경쟁력 있는 태양전지를 위한 효율적인 제조 공정을 일치시키는 것이다. 저가의 CIS 광흡수층 위해 다양한 방법으로 제조를 시도하였고, 본 논문에서는 CIS 광흡수층을 저가형으로 제조를 위해 상용화되는 6 mm pieces를 사용하여 high frequency ball milling과 cryogenic milling을 이용해 CIS 나노입자를 얻었다. 그리고, CIS 광흡수층은 불활성 분위기의 glove box 안에서 milling된 나노입자를 사용하여 paste coating법으로 제조하였다. Chalcopyrite CIS 박막은 기판온도 550도에서 30분간 셀렌화 한 후 성공적으로 제조되었으며, Al/ZnO/CdS/CIS/Mo 구조의 CIS 태양전지는 evaporation, sputtering 및 chemical bath deposition(CBD) 등 다양한 증착 방법으로 각각 제조하였다. 결론적으로, 나노입자를 이용한 CIS 태양전지 전기적 변환효율은 1.74 %를 얻었으며, 개방전압(Voc)는 29 mV, 합선전류밀도(Jsc)는 35 $mA/cm^2$, 그리고 충진율(FF)은 17.2 %였다. 나노입자 CIS 광흡수층은 energy dispersive spectroscopy(EDS), x-ray diffraction(XRD) 그리고 high-resolution scanning electron microscopy(HRSEM) 등으로 특성 분석을 하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제18권1호
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• pp.38-43
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• 2009

본 고에서는 현행 고순도 폴리실리콘 제조공정에서 부산물로 발생하고 있는 실리콘 미세분말을 경제적인 가격에 태양전지급 원료로 재이용하고자 실리콘 미세분말의 무점결제 성형공정에 대한 연구를 수행하였다. 폴리실리콘 미세분말의 평균 크기는 $7.8{\mu}m$였으며, 주요 불순물은 표면 산화물과 수분이었다. 표면 산화물을 제거하기 위한 HF수용액-에탄올 혼합용액을 이용한 전처리공정을 행함으로써 폴리실리콘 분말의 성형성 그리고 성형체의 밀도 및 강도를 향상시킬 수 있었다. 진공 중에서 성형하는 경우 성형체 회수율이 20%증가하였다. 폴리실리콘 미세 분말은 공정 부산물 상태에서는 태양전지용 원료로 사용되기에 적합한 순도가 아니었지만, 건식 열처리를 행함으로써 태양전지급 이상의 순도를 확보할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.276-276
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• 2010

Localized surface plasmon resonance (LSPR) has been explored recently as a promising approach to increase energy conversion efficiency in photovoltaic devices, particularly for thin film hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) solar cells. The LSPR is frequently excited via an electromagnetic (EM) radiation in proximate metallic nanostructures and its primary con sequences are selective photon extinction and local EM enhancement which gives rise to improved photogeneration of electron-hole (e-h) pairs, and consequently increases photocurrent. In this work, high-dielectric-constant (k) $ZrO_2$ (refractive index n=2.22, dielectric constant $\varepsilon=4.93$ at the wavelength of 550 nm) is proposed as spacing layer to enhance the LSPR for application to the thin film silicon solar cells. Compared to excitation of the LSPR using $SiO_2$ (n=1.46, $\varepsilon=2.13$ at the wavelength of 546.1 nm) spacing layer with Au nanoparticles of the radius of 45nm, that using $ZrO_2$ dielectric shows the advantages of(i) ~2.5 times greater polarizability, (ii) ~3.5 times larger scattering cross-section and ~1.5 times larger absorption cross-section, (iii) 4.5% higher transmission coefficient of the same thickness and (iv) 7.8% greater transmitted electric filed intensity at the same depth. All those results are calculated by Mie theory and Fresnel equations, and simulated by finite-difference time-domain (FDTD) calculations with proper boundary conditions. Red-shifting of the LSPR wavelength using high-k $ZrO_2$ dielectric is also observed according to location of the peak and this is consistent with the other's report. Finally, our experimental results show that variation of short-circuit current density ($J_{sc}$) of the LSPR enhanced a-Si:H solar cell by using the $ZrO_2$ spacing layer is 45.4% higher than that using the $SiO_2$ spacing layer, supporting our calculation and theory.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.523-529
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• 2020

배전선로계통의 효율적인 관리와 운영을 위해서 배전지능화시스템은 필수적이다. 배전지능화시스템은 IT를 기반으로 배전망을 통합관리하는 시스템으로 전력산업의 발전과 더불어 진화해 오고 있다. 현재의 배전지능화시스템은 주장치 단위의 독립운전을 기준으로 상대적으로 낮은 네트워크 전송속도로 운영되도록 설계되어있다. 하지만 최근 급속히 보급이 증가하고 있는 태양광이나 에너지 저장장치와 같은 분산자원으로 인하여 미래 배전환경의 운영은 보다 복잡해 지고 있으며 다양한 정보의 실시간 수집이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 배전지능화의 한계를 극복하기 위해 차세대 배전지능화 시스템의 요구사항을 도출하였으며, 이를 기반으로 배전계통에 필요한 통신네트워크 체계와 성능요건을 정의하였다. 배전지능화시스템과 같은 대규모 시스템의 현장 도입에는 과도한 시간과 비용이 소요되므로 설계된 시스템의 성능 검증을 위하여 소프트웨어 기반의 단말장치 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터를 활용하여 실제 운영과 유사한 시험환경을 구축하고, 단말장치를 1,000대 까지 증가시켰을 때 제시된 시스템의 네트워크 점유는 최대 10% 이하로 차세대 배전지능화시스템의 기능을 지원하기 위한 네트워크 요구사항을 충족함을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.100-101
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• 2012

The plasma damage free and room temperature processedthin film deposition technology is essential for realization of various next generation organic microelectronic devices such as flexible AMOLED display, flexible OLED lighting, and organic photovoltaic cells because characteristics of fragile organic materials in the plasma process and low glass transition temperatures (Tg) of polymer substrate. In case of directly deposition of metal oxide thin films (including transparent conductive oxide (TCO) and amorphous oxide semiconductor (AOS)) on the organic layers, plasma damages against to the organic materials is fatal. This damage is believed to be originated mainly from high energy energetic particles during the sputtering process such as negative oxygen ions, reflected neutrals by reflection of plasma background gas at the target surface, sputtered atoms, bulk plasma ions, and secondary electrons. To solve this problem, we developed the NBAS (Neutral Beam Assisted Sputtering) process as a plasma damage free and room temperature processed sputtering technology. As a result, electro-optical properties of NBAS processed ITO thin film showed resistivity of $4.0{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}m$ and high transmittance (>90% at 550 nm) with nano- crystalline structure at room temperature process. Furthermore, in the experiment result of directly deposition of TCO top anode on the inverted structure OLED cell, it is verified that NBAS TCO deposition process does not damages to the underlying organic layers. In case of deposition of transparent conductive oxide (TCO) thin film on the plastic polymer substrate, the room temperature processed sputtering coating of high quality TCO thin film is required. During the sputtering process with higher density plasma, the energetic particles contribute self supplying of activation & crystallization energy without any additional heating and post-annealing and forminga high quality TCO thin film. However, negative oxygen ions which generated from sputteringtarget surface by electron attachment are accelerated to high energy by induced cathode self-bias. Thus the high energy negative oxygen ions can lead to critical physical bombardment damages to forming oxide thin film and this effect does not recover in room temperature process without post thermal annealing. To salve the inherent limitation of plasma sputtering, we have been developed the Magnetic Field Shielded Sputtering (MFSS) process as the high quality oxide thin film deposition process at room temperature. The MFSS process is effectively eliminate or suppress the negative oxygen ions bombardment damage by the plasma limiter which composed permanent magnet array. As a result, electro-optical properties of MFSS processed ITO thin film (resistivity $3.9{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, transmittance 95% at 550 nm) have approachedthose of a high temperature DC magnetron sputtering (DMS) ITO thin film were. Also, AOS (a-IGZO) TFTs fabricated by MFSS process without higher temperature post annealing showed very comparable electrical performance with those by DMS process with $400^{\circ}C$ post annealing. They are important to note that the bombardment of a negative oxygen ion which is accelerated by dc self-bias during rf sputtering could degrade the electrical performance of ITO electrodes and a-IGZO TFTs. Finally, we found that reduction of damage from the high energy negative oxygen ions bombardment drives improvement of crystalline structure in the ITO thin film and suppression of the sub-gab states in a-IGZO semiconductor thin film. For realization of organic flexible electronic devices based on plastic substrates, gas barrier coatings are required to prevent the permeation of water and oxygen because organic materials are highly susceptible to water and oxygen. In particular, high efficiency flexible AMOLEDs needs an extremely low water vapor transition rate (WVTR) of $1{\times}10^{-6}gm^{-2}day^{-1}$. The key factor in high quality inorganic gas barrier formation for achieving the very low WVTR required (under ${\sim}10^{-6}gm^{-2}day^{-1}$) is the suppression of nano-sized defect sites and gas diffusion pathways among the grain boundaries. For formation of high quality single inorganic gas barrier layer, we developed high density nano-structured Al2O3 single gas barrier layer usinga NBAS process. The NBAS process can continuously change crystalline structures from an amorphous phase to a nano- crystalline phase with various grain sizes in a single inorganic thin film. As a result, the water vapor transmission rates (WVTR) of the NBAS processed $Al_2O_3$ gas barrier film have improved order of magnitude compared with that of conventional $Al_2O_3$ layers made by the RF magnetron sputteringprocess under the same sputtering conditions; the WVTR of the NBAS processed $Al_2O_3$ gas barrier film was about $5{\times}10^{-6}g/m^2/day$ by just single layer.