• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2005년도 추계학술대회 논문집 Vol.18
• /
• pp.111-112
• /
• 2005

To obtain the single crystal thin films, $CuInSe_2$, mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the hot wail epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were 620$^{\circ}C$ and 410$^{\circ}C$, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobilily of $CuInSe_2$ single crystal thin films measured with Hall effect by van der Pauw method are $9.62\times10^{16}$ $cm^{-3}$ and $296cm^2/V{\cdot}s$ at 293 K, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the CulnSe$_2$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation E$_g$(T) = 1.1851 eV - ($8.99\times10^{-4}$ ev/K)T$_2$/(T + 153K). After the as-grown $CuInSe_2$ single crystal thin films was annealed in Cu-, Se-, and In-atmospheres the origin of point defects of $CuInSe_2$ single crystal thin films has been investigated by the photoluminescence(PL) at 10 K. The nat ive defects of V$_{Cu}$, $V_{Se}$, Cu$_{int}$, and $Se_{int}$ obtained by PL measurements were classified as a donors or accepters type. And we concluded that the heat-treatment in the Cu-atmosphere converted $CuInSe_2$ single crystal thin films to an optical n-type. Also, we confirmed that In in $CuInSe_2$/GaAs did not form the native defects because In in $CuInSe_2$ single crystal thin films existed in the form of stable bonds.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권4호
• /
• pp.596-601
• /
• 2020

SiC는 큰 밴드 갭 에너지를 갖고, 불순물 도핑에 의해 p형 및 n형 전도의 제어가 용이해서 고온용 전자부품소재로 활용이 가능한 재료이다. 따라서 국내 부존 규조토의 고부가가치 활용을 위해 정제 규조토로부터 합성한 β-SiC 분말의 열전물성에 대해 조사하였다. 정제한 규조토 중의 SiO₂ 성분을 카본블랙으로 환원 탄화 반응시켜 β-SiC 분말을 합성하고, 잔존하는 불순물(Fe, Ca 등)을 제거하기 위해서 산처리 공정을 행하였다. 분말의 성형체를 질소 분위기 2000℃에서 1~5시간 소결시켜 n형 SiC 반도체를 제작하였다. 소결시간이 길어짐에 따라 캐리어 농도의 증가 및 입자간의 연결성 향상에 의해 도전율이 향상되었다. 합성 및 산처리한 β-SiC 분말에 내재하는 억셉터형 불순물(Al 등)로 인한 캐리어 보상효과가 도전율 향상에 저해하는 요인으로 나타났다. 소결시간이 증가함에 따라 입자 및 결정 성장과 함께 적층 결함 밀도의 감소에 의해 Seebeck 계수의 절대값이 증가하였다. 본 연구에서의 열전 변환 효율을 반영하는 power factor는 상용 고순도 β-SiC 분말로 제작한 다공질 SiC 반도체에 비해 다소 작게 나타났지만, 산처리 공정을 정밀하게 제어하면 열전물성은 보다 향상될 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.259-259
• /
• 2011

염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells:DSSC)는 환경 친화적이며, 저가의 공정에 대한 가능성으로 기존의 고가의 결정질 실리콘 태양전지의 경제적인 대안으로 각광을 받고 있다. 최근 염료감응형 태양전지는 투명 전도성 산화막(Transparent Conducting Oxide : TCO)으로 사용되는 Fluorine Tin Oxide (FTO)가 증착된 유리기판 위에 주로 제작된다. FTO는 낮은 비저항과 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가지는 우수한 전기-광학적 특성을 갖지만, 비교적 공정이 까다로운 Chemical Vapor Deposition (CVD)법으로 제조하며, 전체 공정비용의 60%를 차지하는 높은 생산단가로 인해 현재 FTO를 대체할 재료개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO (Zinc Oxide)는 우수한 전기-광학적 특성과 비교적 저렴한 가격으로 새로운 TCO로써 주목받고 있다. ZnO는 넓은 energy band gap (3.4 [eV])의 육방정계 울자이트(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 가지는II-VI족 n형 반도체 물질이며, III족 금속원소인 Al, Ga 및 In 등의 불순물을 첨가하면 TCO로서 우수한 전기-광학적 특성과 안정성을 나타낸다. 이들 물질중 $Zn^{2+}$ (0.060 nm)의 이온반경과 유사한 $Ga^{2+}$0.062 nm) 이온이 ZnO의 격자반경을 최소화 시킬 수 있다는 장점으로 최근 주목 받고 있다. 하지만 Ga-doped ZnO (GZO)의 경우 DSC에 사용되는 루테늄 계열의 산성 염료 하에 장시간 두면 표면이 파괴되는 문제가 발생하며, $TiO_2$ paste를 Printing 후 열처리하는 과정에서도 박막의 파괴가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 $TiO_2$ Blocking Layer를 GZO 투명전극 위에 증착하였다. 또한, $TiO_2$ Blocking Layer를 적용한 GZO 박막을 전면전극으로 이용하여 DSC를 제작하여 효율을 확인하였다. 2wt%의 $Ga_2O_3$가 도핑된 ZnO 박막은 20mTorr 400$^{\circ}C$에서 Pulsed Laser Deposition (PLD)에 의해 성장되었고, $TiO_2$박막은 Ti 금속을 타겟으로 이용하여 30mTorr 400$^{\circ}C$에서 증착되었다. Scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용한 박막 분석 결과 $TiO_2$가 증착된 GZO 박막의 경우 표면 파괴가 일어나지 않았다. Solar Simulator을 이용하여 I-V특성 측정결과 상용 FTO를 사용한 DSC 수준의 효율을 나타내었다. 이에 따라 Pulsed Laser Deposition을 이용해 제작된 GZO 기판은 $TiO_2$ Blocking Layer를 이용하여 표면 파괴를 방지할 수 있었으며, 이는 향후 염료감응형 태양전지의 투명전극에 적용 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.213-213
• /
• 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 $200^{\circ}C$.

• 한국재료학회지
• /
• 제22권5호
• /
• pp.259-273
• /
• 2012

Chalcogenide-based semiconductors, such as $CuInSe_2$, $CuGaSe_2$, Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS), and CdTe have attracted considerable interest as efficient materials in thin film solar cells (TFSCs). Currently, CIGS and CdTe TFSCs have demonstrated the highest power conversion efficiency (PCE) of over 11% in module production. However, commercialized CIGS and CdTe TFSCs have some limitations due to the scarcity of In, Ga, and Te and the environmental issues associated with Cd and Se. Recently, kesterite CZTS, which is one of the In- and Ga- free absorber materials, has been attracted considerable attention as a new candidate for use as an absorber material in thin film solar cells. The CZTS-based absorber material has outstanding characteristics such as band gap energy of 1.0 eV to 1.5 eV, high absorption coefficient on the order of $10^4cm^{-1}$, and high theoretical conversion efficiency of 32.2% in thin film solar cells. Despite these promising characteristics, research into CZTS-based thin film solar cells is still incomprehensive and related reports are quite few compared to those for CIGS thin film solar cells, which show high efficiency of over 20%. The recent development of kesterite-based CZTS thin film solar cells is summarized in this work. The new challenges for enhanced performance in CZTS thin films are examined and prospective issues are addressed as well.

• 공업화학
• /
• 제28권5호
• /
• pp.547-553
• /
• 2017

본 연구는 $TiO_2$ 골격에 Pd을 삽입시켰을 때 나타나는 광 촉매 성능의 차이에 초점을 두고, $TiO_2$와 x mol% $Pd-TiO_2$(x = 0.25, 0.5, 0.75 그리고 1.0)의 5가지 촉매를 제안하였다. 전형적인 졸-겔 방법을 사용하여 촉매를 합성하고 각 촉매의 페놀 광 분해 성능을 평가하였다. XRD, TEM, SEM/EDS, UV/Vis 분광법, 광 발광 분광법 등을 이용하여 촉매의 물리화학적 특성을 확인하였고, 광 발광 분광법 및 광 전류 측정으로 광학적 특성을 확인하였다. Pd 이온을 첨가하면 촉매의 밴드 갭이 감소하고, 광 생성된 전자와 정공 사이의 전하 분리가 쉽게 발생한다. 결과적으로, 0.75 mol% $Pd-TiO_2$ 촉매상의 페놀 광 분해 성능은 순수한 $TiO_2$보다 3배 더 높았는데, 이는 광 촉매 반응 중에 Pd 이온이 전자캡쳐 역할을 하여 일어난 결과로 여겨진다.

• 한국재료학회지
• /
• 제18권6호
• /
• pp.339-346
• /
• 2008

Single-crystal $ZnIn_2S_4$ layers were grown on a thoroughly etched semi-insulating GaAs (100) substrate at $450^{\circ}C$ with a hot wall epitaxy (HWE) system by evaporating a $ZnIn_2S_4$ source at $610^{\circ}C$. The crystalline structures of the single-crystal thin films were investigated via the photoluminescence (PL) and Double-crystal X-ray rocking curve (DCRC). The temperature dependence of the energy band gap of the $ZnIn_2S_4$ obtained from the absorption spectra was well described by Varshni's relationship, $E_g(T)=2.9514\;eV-(7.24{\times}10^{-4}\;eV/K)T2/(T＋489K)$. After the as-grown $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films was annealed in Zn-, S-, and In-atmospheres, the origin-of-point defects of the $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films were investigated via the photoluminescence (PL) at 10 K. The native defects of $V_{Zn}$, $V_S$, $Zn_{int}$, and $S_{int}$ obtained from the PL measurements were classified as donor or acceptor types. Additionally, it was concluded that a heat treatment in an S-atmosphere converted $ZnIn_2S_4$ single crystal thin films into optical p-type films. Moreover, it was confirmed that In in $ZnIn_2S_4$/GaAs did not form a native defects, as In in $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films existed in the form of stable bonds.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.65-65
• /
• 2012

Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.

• 태양에너지
• /
• 제12권3호
• /
• pp.10-20
• /
• 1992

본 실험에서는 산업폐수, 가정폐수, 지하수 등에 오염되는 유독성 유기물 처리를 위한 태양반응시스템의 개발을 목적으로 batch형 광분해 반응시스템을 구성하여 수처리 분해 실험을 실시하였다. 실험실 규모의 batch형 반응기를 구성하여 수질 개선용 광화학 반응 활용의 기술적 타당성을 확보하고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻을수 있었다. (1) $TiO_2$ anatase, $TiO_2$ rutile 그리고 $V_2O_5$를 대상으로 광촉매 선정을 위한 실험결과, 본 실험조건에서는 band gap energy가 약 3.2 eV인 $TiO_2$ anatase가 유해 유기물 TCE의 가장 높은 분해율을 나타내었다. $TiO_2$ anatase의 결정구조는 XRD 관찰에 의하여 확인할 수 있었으며, BET-$N_2$ 측정결과 단위무게당 표면적은 약 7.748 $m^2/g$ 이었다. (2) $TiO_2$ anatase의 투입량이 많을수록 TCE분해율도 증가하였다. 그러나 투입량이 0.1 wt% 이상이 될 경우 분해율의 증진은 아주 미미하여서 0.1 wt%의 $TiO_2$ anatase 양을 slurry batch 형 시스템 실험에 최선으로 채택하였다. (3) $H_2O_2$의 양이 TCE 분해율에 미치는 영향을 조사한 결과 적정량은 약 0.06 volume%임을 알 수 있었다. 이는 적정량의 $H_2O_2$는 OH radical의 형성을 촉진시키지만 과량의 존재시에는 오히려 OH radical과 반응하여 이를 소모하는 역효과를 나타내기 때문이다. (4) 광반응기의 head space를 변화시키면서 산소양의 TCE 분해율에 미치는 영향을 관찰한 결과 TCE 분해반응식의 이론적 stoichiometry로나 실험적으로나 산소양이 아주 중요한 변수임을 알수 있었다.

• 한국전자파학회논문지
• /
• 제27권12호
• /
• pp.1059-1068
• /
• 2016

본 논문에서는 프린트 다이폴의 지향성 증가와 동시에 부엽 레벨을 억제하는 기능을 가진 저속파 구조를 제안하고 구성 설계변수의 변화에 따른 전기적 특성의 변화를 알아보고자 한다. 유전체 기판과 도체 막대의 배열로 구성된 프린트 형태의 저속파 구조는 프린트 다이폴 안테나의 여기 방향에 위치하며 안테나의 방사 패턴 및 세기에 영향을 미친다. 이 도체 막대로 된 기생소자는 좁은 간격을 가지고 일정하게 배열되며 소자의 길이는 점차 줄어드는 형상을 가진다. 따라서 본 연구에서는 저속파 구조에서 방사 성능에 영향을 줄 수 있는 변수로 기생소자 배열 간격, 소자 길이, 소자 길이의 테이퍼 각도가 고려되며, 변수들의 변화에 따른 전기장 세기 및 위상 분포가 관찰 및 분석된다. 이를 기반으로 방사패턴이 분석이 되며, 고지향성 특성을 위한 저속파 구조의 기생소자 배열 방안이 제공된다. 제안된 안테나는 Wifi 대역(5.15~5.85 GHz)에서 동작하도록 설계되며, 안테나의 이득을 극대화하고 부엽을 억제하도록 저속파 기생소자의 설계변수가 최적화된다. 제작된 안테나의 시뮬레이션 및 측정 결과 넓은 대역폭 특성을 나타내며, 높은 효율과 이득, 낮은 부엽 레벨을 갖는 것을 확인할 수 있다.