• Korean Journal of Materials Research
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• v.31 no.1
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• pp.16-22
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• 2021

In this study, quantum dot-sensitized solar cells (QDSSC) using CdSe/ZnS quantum dots (QD) of various sizes with green, yellow, and red colors are developed. Quantum dots, depending their different sizes, have advantages of absorbing light of various wavelengths. This absorption of light of various wavelengths increases the photocurrent production of solar cells. The absorption and emission peaks and excellent photochemical properties of the synthesized quantum dots are confirmed through UV-visible and photoluminescence (PL) analysis. In TEM analysis, the average sizes of individual green, yellow, and red quantum dots are shown to be 5 nm, 6 nm, and 8 nm. The J-V curves of QDSSC for one type of QD show a current density of 1.7 mA/㎠ and an open-circuit voltage of 0.49 V, while QDSSC using three type of QDs shows improved electrical characteristics of 5.52 mA/㎠ and 0.52 V. As a result, the photoelectric conversion efficiency of QDSSC using one type of QD is as low as 0.53 %, but QDSSC using three type of QDs has a measured efficiency of 1.4 %.

• 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.371-371
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• 2011

본 연구에서는 황화납(PbS)과 황화카드뮴(CdS)을 감응물질로 하는 양자점 감응형 태양전지를 만들고 효율을 측정하였다. Sputter를 이용하여 고진공의 상태에서 산화아연(ZnO) film을 seed layer로 증착한 후 수열합성법으로 ZnO 나노선을 합성한다. 합성된 나노선을 successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) 법으로 PbS, CdS 양자점을 합성하고 이를 주사전자 현미경(SEM), X-선 회절(XRD)을 통해 확인하였다. 또한 PbS와 CdS의 co-sensitizer를 합성하고 diffused reflectance spectra (DRS)를 측정함으로써 넓은 범위의 광흡수도를 확인할 수 있었다. Co-sensitizer의 합성 방법을 달리하여 PbS/CdS를 합성한 후 각각의 효율을 측정해보고, 더 높은 효율을 내기 위한 방안에 대해 고찰하였다.

• Clean Technology
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• v.16 no.4
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• pp.292-296
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• 2010

We fabricated quantum dot sensitized solar cells(QDSSC) using PbS as a sensitizer and measured the solar energy conversion efficiency. After growing ZnO nanowires on the substrate by low temperature ammonia solution reaction, PbS QDs were deposited on ZnO nanowires by SILAR(Successive ionic layer adsorption and reaction) method. The morphology and crystallinity of PbS/ZnO nanowires were studied by SEM and XRD. In this study, the maximum conversion efficiency of QDSSC using PbS was 0.075% at one sun, which was lower than that of QDSSC using other sensitizers. The reasons it showed relatively low efficiency are i) the probability of type-I band gap arrangement between ZnO and PbS, ii) disturbance of electron migration by the various-sized PbS band gap, iii) stability dip by the chemical reaction of PbS QDs with electrolyte. To solve these problems, researches about controlling the size distribution of PbS and new type electrolyte would be needed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.672-672
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• 2013

본 연구에서는 수열합성법을 기반으로 한 3차원 ZnO 나노구조의 합성을 통해 효율적인 양자점 감응형 태양전지로의 응용을 하고 그 특성을 평가하였다. 기존의 1차원 ZnO 나노구조의 경우 높은 전자이동도와 구조적으로 얻을 수 있는 방향성 있는 전자의 효율적인 전달을 통해 효과적인 광전극으로 많은 관심을 받아왔다. 하지만 나노파티클 기반의 필름에 비해 표면적이 크게 떨어지기 때문에 효과적인 흡광이 어렵다는 단점이 존재하여 높은 효율특성을 내지는 못하였다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하면서 기존 ZnO 나노선의 장점을 극대화 하기 위해 성장시킨 ZnO 나노선 위에 추가적으로 가지를 형성하여 표면적 향상과 효과적인 전자전달 특성을 얻고자 하였다. 3차원 ZnO 나노구조는citrate 계열의 capping agent의 첨가를 통한 수열 합성법을 통해 1차원의 ZnO 나노선 위에 nanosheet 형식의 가지를 형성하였고 이는 빛의 효과적인 산란특성 및 표면적 향상을 통한 CdS, CdSe의 양자점 증착량을 증가시키는 효과를 얻을 수 있었다. 이러한 태양전지의 소자 특성은 SEM, TEM을 통한 구조 특성평가 및 DRS, J-V curve 및 IPCE를 통한 광학적 특성평가를 통해 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.370-370
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• 2011

ZnO 나노 라드 위에 Quantum dot을 형성하고 최종적으로 TiO2를 Atomic Layer Deposition방법으로 증착하여, 그 passivation 효과가 solar cell의 효율에 미친 영향에 대한 실험을 진행하였다. 암모니아 솔루션을 이용한 Hydrothermal 방법으로 수직한 1차원 형태의 ZnO 나노라드를 TCO 기판 위에 성장시킨다. 여기에 잘 알려진 SILAR와 CBD 방법으로 CdS, CdSe 양자점을 증착한다. 그리고 amorphous TiO2로 표면을 덮는 과정을 거치는데, TiO2가 좁은 간격으로 형성된 ZnO라드 구조 위에서 균일하고 정밀하게 증착되도록 하기 위해 Atomic Layer Deposition을 이용하였다. 사용된 precursor는 Titanium isopropoxide와 H2O이며, 실험상에서 0~5 nm 두께의 TiO2 박막을 형성해 보았다. 다양한 분석 방법을 통해 TiO2/QDs/ZnO의 shell-shell-core 구조를 조사했다. (Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)). 이를 solar cell에 적용하고 I-V curve를 통해 그 효율을 확인하였으며, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)를 통해서 재결합 측면에서 나타나는 변화 양상을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.461.1-461.1
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• 2014

본 연구진에서는 기존에 Ag2S 양자점을 흡광층으로 활용하여 양자점 감응형 태양전지(QDSC)를 제작, 그 성능과 특징을 분석하여 발표한 바 있다. 기존 연구에서 제작된 Ag2S QDSC는 11 mA/cm2의 비교적 높은 광전류와 260 mV의 비교적 낮은 전압으로 인해 1.2%의 광전환효율 성능을 나타내는 것으로 보고되었다. 추후 연구로 진행된 본 결과에서는, 기존에 Single absorber로 사용된 Ag2S의 한계를 보완하기 위해 CdS를 도입하여 co-sensitization을 활용하였다. CdS는 약 2.3 eV의 밴드갭 에너지를 갖는 물질로, 1.1 eV의 밴드갭을 갖는 Ag2S에 비해 흡광 영역은 좁지만 그만큼 전자-정공 재결합을 억제할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 전도층으로 사용한 n-type 물질인 ZnO 나노선과의 밴드구조가 매우 적합하게 조화되어, ZnO/CdS/Ag2S 순서로 이종구조를 접합시켰을 때 세 물질의 Conduction band level과 Valence band level이 순차적으로 연결되는 cascade-shaped 밴드구조를 이루게 된다. 빛을 받아 Ag2S와 CdS에서 생성된 전자는 이 cascade 모양의 conduction band를 따라 순차적으로 ZnO로 잘 전달되게 되어, 효율 향상에 큰 도움을 주었다. 이런 장점들로 인해, CdS-Ag2S co-sensitized QDSC는 Ag2S QDSC에 비해 2배나 향상된 효율인 2.4%를 기록하였으며, 이는 IPCE spectrum 측정 등으로 근거가 뒷받침되었다.

• 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.34 no.2
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• pp.411-414
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• 2013

In order to enhance the photovoltaic property of the CdS/CdSe co-sensitized quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs), the surface of nanoporous $TiO_2$ photoanode was modified by ultrathin $Al_2O_3$ layer before the deposition of quantum dots (QDs). The $Al_2O_3$ layer, dip-coated by 0.10 M Al precursor solution, exhibited the optimized performance in blocking the back-reaction of the photo-injected electrons from $TiO_2$ conduction band (CB) to polysulfide electrolyte. Transient photocurrent spectra revealed that the electron lifetime (${\tau}_e$) increased significantly by introducing the ultrathin $Al_2O_3$ layer on $TiO_2$ surface, whereas the electron diffusion coefficient ($D_e$) was not varied. As a result, the $V_{oc}$ increased from 0.487 to 0.545 V, without appreciable change in short circuit current ($J_{sc}$), thus inducing the enhancement of photovoltaic conversion efficiency (${\eta}$) from 3.01% to 3.38%.