• 한국진공학회지
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• 제20권5호
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• pp.356-360
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• 2011

유리 기판 위에 RF와 DC 마그네트론 스퍼터링 방법으로 100 nm 두께의 $In_2O_3$ 단층 박막과 $In_2O_3$ 100 nm/Cu 3 nm의 두께를 갖는 적층박막을 증착하고, 구리 기저 층 증착에 따른 상부 $In_2O_3$ 박막의 광학적, 전기적 특성의 변화를 연구하였다. 상온에서 증착 된 $In_2O_3$ 박막의 가시광 투과도와 면 저항은 79%와 2,300 ${\Omega}/{\square}$이었다. 구리 기저 층의 광 흡수에 의하여, $In_2O_3$/Cu 적층박막의 가시광 투과도는 71%로 감소하였으나, 면 저항은 110 ${\Omega}/{\square}$로 측정되어 상대적으로 우수한 전기적 특성을 구할 수 있었다. 본 연구에서 Figure of Merit 분석을 통하여 구리 기저 층이 상부 $In_2O_3$ 투명전극의 전기적, 광학적 특성을 개선 할 수 있음을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.463-463
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• 2014

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have generated a strong interest in the development of solid-state devices owing to their low cost and simple preparation procedures. Effort has been devoted to the study of electrolytes that allow light-to-electrical power conversion for DSSC applications. Several attempts have been made to substitute the liquid electrolyte in the original solar cells by using (2,2',7,7'-tetrakis (N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9-9'-spirobi-fluorene (spiro-OMeTAD) that act as hole conductor [1]. Although efficiencies above 3% have been reached by several groups, here the major challenging is limited photoelectrode thickness ($2{\mu}m$), which is very low due to electron diffusion length (Ln) for spiro-OMeTAD ($4.4{\mu}m$) [2]. In principle, the $TiO_2$ layer can be thicker than had been thought previously. This has important implications for the design of high-efficiency solid-state DSSCs. In the present study, we have fabricated 3-D Transparent Conducting Oxide (TCO) by growing tin-doped indium oxide (ITO) nanowire (NWs) arrays via a vapor transport method [3] and mesoporous $TiO_2$ nanoparticle (NP)-based photoelectrodes were prepared using doctor blade method. Finally optimized light-harvesting solid-state DSSCs is made using 3-D TCO where electron life time is controlled the recombination rate through fast charge collection and also ITO NWs length can be controlled in the range of over $2{\mu}m$ and has been characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Structural analyses by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-Ray diffraction (XRD) results reveal that the ITO NWs formed single crystal oriented [100] direction. Also to compare the charge collection properties of conventional NPs based solid-state DSSCs with ITO NWs based solid-state DSSCs, we have studied intensity modulated photovoltage spectroscopy (IMVS), intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS) and transient open circuit voltages. As a result, above $4{\mu}m$ thick ITO NWs based photoelectrodes with Z907 dye shown the best performing device, exhibiting a short-circuit current density of 7.21 mA cm-2 under simulated solar emission of 100 mW cm-2 associated with an overall power conversion efficiency of 2.80 %. Finally, we achieved the efficiency of 7.5% by applying a CH3NH3PbI3 perovskite sensitizer.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제31권4호
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• pp.694-702
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• 2014

마이크론 크기를 가지는 ITO(indium tin oxide) 입자들은 인듐과 틴의 수용성 전구체들과 유기 첨가제를 분무 열분해하여 얻었다. 유기 첨가제로서는 에틸렌글리콜과 시트르산을 이용하였다. 분무 열분해 시 에틸렌글리콜과 시트르산과 같은 유기첨가제를 첨가하지 않고 얻어진 ITO 입자들은 구형이며 속이 꽉찬 형태를 가지는데 비해 유기 첨가제를 첨가하여 분무 열분해를 하면 얻어지는 ITO 입자들은 유기 첨가제의 양이 증가 할수록 껍질이 얇고 다공성이 증대된 중공 입자가 얻어진다. 유기첨가제를 첨가하지 않고 분무 열분해를 통해 얻어지는 마이크론 크기를 가지는 ITO는 $700^{\circ}C$에서 두 시간 동안의 후소성과 24 시간동안의 습식 볼밀링에 의해 나노 크기의 ITO로 전환되지 않으나, 유기첨가제를 첨가하고 분무 열분해를 통해 얻어지는 마이크론 크기를 가지는 ITO는 $700^{\circ}C$에서 두 시간 동안의 후소성과 24 시간 동안의 습식 볼밀링에 의해 나노 크기의 ITO로 쉽게 전환되었다. 응집된 나노 크기의 ITO의 일차 입자의 크기를 Debye-Scherrer 식에 의해 계산하였고 ITO 입자를 압축하여 만든 펠렛의 표면저항을 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.591-591
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• 2012

본 연구는 Transparent conducting oxide (TCO, 산화물투명전극)를 이용한 박막태양전지 효율향상에 관한 것으로, 이중의 TCO층(Double-stacked TCO layer)의 효과적인 광학 및 전기적 설계에 관한 것이다. 기존 박막 태양전지에서는 투명전극 TCO layer로서, ITO (Indium-Tin-Oxide), FTO (Fluorine- Tin-Oxide), 및 AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide) 등을 사용해 왔다. 각 TCO layer마다 장점이 있지만 단점 또한 존재한다. ITO의 경우 높은 전기적 특성을 가지는 반면 수소 플라즈마에 취약하고 기계적 강도에 취약해 ITO 단일층만으로 박막 태양전지에 적용하는 것에 제한을 받는다. 한편, AZO의 경우 전기적 특성도 우수할 뿐만 아니라 수소 플라즈마에도 내구성이 강한 장점이 있지만, 일함수가 p형 반도체보다 낮아 Schottky junction이 되어, 높은 전위장벽이 형성된다. 이는 정공의 이동을 방해하고, 정공의 축적이 일어나서 순방향 전압을 인가할 때 많은 전류의 감소를 가져온다. 또한, AZO와 p형 반도체 사이의 높은 직렬저항으로 인해 광전압(Voc, Open circuit voltage)와 충실률 (FF, Fill factor)가 떨어진다는 단점이 있다. 본 실험에서는 ITO/AZO 2중구조의 TCO층을 적용하여 상기의 문제점을 해결하고자 한다. 이중 구조 TCO층은 Magnetron sputter system을 이용하여, 단계적으로 증착되었다. 빛이 입사하는 유리에 ITO를 제1전도층으로 증착하였는데, ITO는 입사광의 투과도와 전기전도성이 우수하다. 제2전도층으로는 AZO층을 이용하였으며, 실리콘 반도체층과 접하게 된다. AZO는 실리콘 증착시 발생하는 수소 플라즈마에 안정적이고, 물리적 강도 또한 우수한 장점이 있다. 이중 구조층위에 실리콘 광흡수층(Si absorber)을 증착하였으며, pin 구조를 가진다. 기존, 단일막 TCO층과 2중구조 TCO층을 이용하여, 실리콘 박막 태양전지를 구성하였다. 이때, ITO/AZO의 2중구조를 적용하였을 때 태양 전지 특성이 크게 향상된 결과를 얻을 수가 있었다. 특히, 전류밀도의 경우 ITO, FTO, AZO 각각 14.5 mA/cm2, 11.2 mA/cm2, 8.18 mA/cm2를 나타낸 반면 ITO/AZO 2중구조의 경우 약 17mA/cm2 로 크게 향상 되었고, 태양전지 변환 효율도 각각 7.5%, 6.9%, 4%에서 ITO/AZO 2중 구조의 경우 8.05%로 크게 향상되었다. 본 발표에서는 2중구조 TCO를 이용한 현공정에 적용 가능한 박막태양전지 효율향상 기법에 대해 논의하고자 한다.

• 공업화학
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• 제17권6호
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• pp.644-647
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• 2006

Indium zinc oxide (IZO) 박막이 radio frequency reactive magnetron sputtering 방법을 이용하여 증착되었으며 여러 가지 공정변수 중에서 $O_{2}$ 농도와 증착 후에 열처리 온도를 선택하여 박막의 광학적, 전기적 그리고 구조적인 특성을 조사하였다. $O_{2}$ 농도가 증가할수록 IZO 박막의 증착속도는 감소하였고 저항도는 증가하였으며 투과도는 약간 증가하는 경향을 보였다. Atomic force microscopy 분석의 결과로부터, 순수한 아르곤에서 증착된 박막의 표면이 가장 거칠었고 $O_{2}$가 첨가된 조건에서 증착된 박막들은 덜 거칠었다. 순수한 아르곤의 조건에서 증착된 IZO 박막들을 각각 250, 350, 그리고 $450^{\circ}C$에서 열처리하였다. 투과도와 저항도는 순수한 아르곤 조건에서 증착된 시료에서 가장 낮게 나타났고 $250^{\circ}C$의 열처리 온도까지 낮은 저항도가 유지되었다. 박막의 표면은 높은 온도에서 열처리된 시료일수록 더 매끄러운 표면을 가졌다. X-ray diffraction 결과를 통해서 높은 온도에서 열처리된 시료일수록 박막의 결정화가 잘 이루어진 것을 알 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.142.2-142.2
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• 2018

One-dimensional metal oxide nanostructures have attracted considerable research activities owing to their strong application potential as components for nanosize electronic or optoelectronic devices utilizing superior optical and electrical properties. In which, semiconducting $SnO_2$ material with wide-bandgap Eg = 3.6 eV at room temperature, is one of the attractive candidates for optoelectronic devices operating at room temperature [1, 2], gas sensor [3, 4], and transparent conducting electrodes [5]. The synthesis and gas sensing properties of semiconducting $SnO_2$ nanomaterials have become one of important research issues since the first synthesis of SnO2 nanowires. In this study, $SnO_2$ nanowire networks were synthesized on a basis of a two-step process. In step 1, Sn spheres (30-800 nm in diameter) embedded in $SiO_2$ on a Si substrate was synthesized by a chemical vapor deposition method at $700^{\circ}C$. In step 2, using the source of these Sn spheres, $SnO_2$ nanowire (20-40 nm in diameter; $1-10{\mu}m$ in length) networks on a spherical Sn surface were synthesized by a thermal oxidation method at $800^{\circ}C$. The Au layers were pre-deposited on the surface of Sn spherical and subsequently oxidized Sn surface of Sn spherical formed SnO2 nanowires networks. Field emission scanning electron microscopy and high-resolution transmission electron microscopy images indicated that $SnO_2$ nanowires are single crystalline. In addition, the $SnO_2$ nanowire is also a tetragonal rutile, with the preferred growth directions along [100] and a lattice spacing of 0.237 nm. Subsequently, the $NO_2$ sensing properties of the $SnO_2$ network nanowires sensor at an operating temperature of $50-250^{\circ}C$ were examined, and showed a reversible response to $NO_2$ at various $NO_2$ concentrations. Finally, details of the growth mechanism and formation of Sn spheres and $SnO_2$ nanowire networks are also discussed.

• 방사성폐기물학회지
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• 제16권1호
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• pp.59-64
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• 2018

사용후핵연료을 건식처리하는 파이로프로세싱 중 전해정련 및 제련공정 후 발생되는 우라늄과 초우라늄 및 희토류 등의 염화물을 함유한 LiCl-KCl 공융염에는 특히 희토류 함량이 높기 때문에 유효자원으로 활용이 가능한 형태의 우라늄과 초우라늄의 분리/회수가 쉽지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 $LiCl-KCl-UCl_3-NdCl_3$ 시스템에서 산화제($K_2CO_3$)를 이용하여 $UCl_3$를 산화물 형태로 전환한 후 전기화학적 방법을 이용하여 $NdCl_3$를 금속형태로 분리하는 실험을 실시하였다. 실험에 앞서, 이론적 평형계산을 수행하여 우라늄 염화물을 산화물로 전환하기 위한 실험조건을 결정하였다. 상기의 실험에서 LiCl-KCl 내 $UCl_3$는 첨가제의 주입량이 이론적 반응당량에 근접하였을 때 거의 대부분이 염내에서 염화물 형태로 존재하지 않는 것으로 나타났다. 이후 액체금속음극을 이용하여 $NdCl_3$를 금속형태로 전착시켰으며, 전착실험 후 투명한 용융상의 LiCl-KCl 공융염과 갈색의 우라늄 산화침전물이 존재함이 확인되었다. 이러한 결과들을 통해 $LiCl-KCl-UCl_3-NdCl_3$ 시스템에서 우라늄 및 희토류를 각각 분리할 수 있는 방안을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.224-229
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• 2010

산소 유량비의 변화가 라디오파 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법으로 유리 기판 위에 증착된 $In_2O_3$ 투명 전도막의 특성에 미치는 효과를 조사하였다. 증착 온도는 $400^{\circ}C$로 고정하였으며, 스퍼터링 가스와 반응성 가스로 각각 아르곤과 산소 가스를 사용하였다. 산소 유량비는 공급되는 혼합 가스양에 대한 산소의 유량으로 선택하여 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 조절하였다. 증착된 박막의 광학, 전기, 구조적인 특성은 자외선-가시광 분광기, 홀 측정 장치, X-선 회절장치와 전자주사현미경으로 조사하였다. 산소 유량비 20%로 증착된 $In_2O_3$ 박막은 430~1,100 nm 파장 영역에서 86%의 투과율과 $1.1{\times}10^{-1}{\Omega}cm$의 비저항 값을 나타내었다. 실험 결과는 산소 유량비를 적절히 제어함으로써 최적의 조건을 갖는 투명 전도막을 성장시킬 수 있음을 제시한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.455-455
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• 2010

차세대 디스플레이로 널리 알려져 있는 플렉서블 디스플레이는 휴대하기 쉽고, 깨지지 않으며, 변형이 자유로워 현재 우리 사회에 크게 주목받고 있다. 플렉서블 디스플레이의 구현을 위해서는 기존의 유리 기반 디스플레이 소자 기술에 더하여 플렉서블 기판소재에 적용 가능한 투명전도막 기술의 확립이 필요하다. 디스플레이 산업에서 주로 사용되는 투명전도막은 ITO (indium tin oxide) 및 IZO (indium zinc oxide)와 같은 투명전도성 산화물 박막 (TCO, transparent conducting oxide)이다. 그런데 플라스틱 기판이 굽힘 환경에 놓이게 되면 그 위에 증착된 산화물 박막이 쉽게 파손될 수 있다. 따라서 플렉서블 디스플레이 기술에 있어서 변형에 따른 TCO 박막의 파괴 거동에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 PET (polyethylene terephthalate) 기판 상에 증착된 IZO 박막의 반복 굽힘 시 계면구조 변화에 따른 파괴거동을 조사하였다. 플라스틱 기판의 사용을 위해서는 산소 및 수분의 투과 방지막이 필요하며 본 연구에서는 투과 방지막 (또는 보호막)으로서 $SiO_x$ 박막을 적용하였다. IZO 박막은 $In_2O_3$ - 10 wt% ZnO 타겟을 사용하여 RF magnetron sputtering법으로 $100^{\circ}C$ 미만에서 저온 증착하였다. 보호막으로 사용되는 $SiO_x$ 박막은 HMDSO (hexamethyldisiloxane)와 Ar 및 $O_2$ 혼합기체를 이용하는 PECVD 방법으로 합성하였다. 변형에 따른 TCO 박막의 파괴 거동을 조사하기 위하여 반복 굽힘 시험 (cyclic- bending test)을 실시하였다. 반복 굽힘 시험 중 실시간으로 IZO 박막의 전기저항 변화를 측정하여 박막의 파괴 거동을 모니터링 하였다. 시편 A (135 nm-thick IZO/PET), B (135 nm-thick IZO/ 90 nm-thick $SiO_x$/PET), C (135nm-thick IZO/ 300 nm-thick $SiO_x$/PET)에 대하여 곡지름 35mm, 1000회 반복 굽힘을 실시하여 변형 중의 전기저항 변화를 조사하였다. 그리고 굽힘 시험 완료 후, FE-SEM을 이용한 시편 표면형상 관찰을 통하여 균열생성 정도를 관찰하였다. 반복 굽힘 시험 결과, A 와 C 시편의 경우, 각각 반복 굽힘 20회, 550회에서 급격한 전기저항의 증가가 관찰되었다. 그러나 B 시편의 경우, 1000회 반복 굽힘 후에도 전기저항의 변화는 나타나지 않았다. 이와 같이 반복 굽힘에 의한 IZO 박막의 파괴 거동 변화는 IZO 박막과 기판의 계면구조변화에 기인한 것으로 해석된다. IZO 박막과 기판의 계면에 $SiO_x$ 층을 삽입함으로써 계면 접합강도가 향상되었을 것으로 추측된다. 따라서 변형에 대한 파괴 저항 특성이 우수한 투명전도성 산화물 박막의 형성을 위해서는 적절한 계면구조 제어를 통한 계면 접합 특성의 향상이 필요하다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권4호
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• pp.705-716
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• 2017

본 연구에서는 0.5, 1.0, 1.5 wt%의 $TiO_2$를 함유하는 인듐-티타늄 수산화물을 졸 및 염기 첨가에 의해 얻었고, $200^{\circ}C$와 $500^{\circ}C$에서 겔화 과정을 통해 ITiO(Indium Titanate Oxide)를 얻었다. $200^{\circ}C$에서 겔화 과정 후 얻어지는 ITiO 입자가 작아서 조밀성이 있는 ITiO 타겟을 제조하였다. 0.5, 1.0, 1.5 wt%의 $TiO_2$를 함유하는 ITiO 타겟을 스퍼터링하여 ITiO 박막을 유리판위에 제작하여 비저항, 전하 이동도, 캐리어 농도를 조사하였다. 이들 박막 중에서 산소 조성이 0.4 %인 조건에서 0.5 wt% 중량% $TiO_2$를 함유하는 ITiO 타겟으로부터 제작된 ITiO 박막이 가장 낮은 비저항, 가장 큰 전하이동도 및 가장 낮은 캐리어 농도를 보임을 알 수 있었고, 얻어진 ITiO 박막의 광투과율을 측정하여 적외선 영역에서 광투과율이 ITO(Indium Tin Oxide) 박막에 비해 현저히 증가함을 발견하였다.