• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권7호
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• pp.574-577
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• 2011

In this study, we use the $2.5cm{\times}7.5cm$ soda lime glass as the substrate. We used the ultrasonicator. Glass was dipped in the acetone, methanol and DI water respectively for 10 minutes. Ar(99.99%)gas was used as the sputtering gas. We varied the RF power between 100~175 W with 25 W steps. Base pressure was kept by turbo molecular pump at $3.0{\times}10^{-6}$ torr. Working pressure was kept by injection of Ar gas. ZnS thin films were deposited with the radio frequency magnetron sputtering technique at various temperatures and sputtering powers. It is also clearly observed that, the intensity of the (111) XRD peak increases with increasing the RF power. Electrical properties were measured by hall effect methods at room temperature. The resistivity, carrier concentration, and hall mobility of ZnS deposited on glass substrate as a function of sputtering power. It can be seen that as the sputtering power increase from 100 to 175 W, the resistivity of the films on glass decreased significantly from $8.1{\times}10^{-2}$ to $1.2{\times}10^{-3}\;{\Omega}{\cdot}cm$. This behavior could be explained by the effect of the sputtering power on the mobility and carrier concentration. When the RF power increases, the carrier concentration increases slightly while the resistivity decreases significantly. These variation originate from improved crystallinity and enhanced substitutional doping as the sputtering power increases.

• 한국결정성장학회지
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• 제22권6호
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• pp.274-278
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• 2012

$TiO_2$는 반도성을 나타내는 산화물로 가스센서, 태양전지 및 광촉매 등에 주로 쓰인다. 전기방사는 간단하고 낮은 가격의 공정으로 첨가물을 이용하여 구조적, 전기적, 광학적 특성을 변화시킨 나노섬유를 합성하는데 주로 쓰인다. 전기방사에 의해 합성된 나노섬유는 화학 센서, 염료 감응형 태양전지 및 광촉매 등에 많이 응용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 전기방사법을 이용하여 순수 $TiO_2$ 나노섬유 및 Ga이 첨가된 $TiO_2$ 나노섬유를 제작하였다. $TiO_2$ 용액은 TIP(Titanium isopropoxide), PVP(Poly vinyl pyrrolidone), Ethanol 및 Acetic acid를 전구체로 사용하였으며, 첨가물의 전구체는 갈륨질산염수화물을 사용하였으며 전기방사법을 이용하여 나노섬유를 제조하였다. 이 나노섬유를 공기중에서 $800^{\circ}C$로 열처리하였다. 순수 $TiO_2$ 나노섬유 및 Ga이 첨가된 $TiO_2$ 나노섬유는결정구조, 미세구조 및 특성의 변화에 대하여 알아보고자 XRD, SEM, TEM, EDX, XPS 그리고 Raman 등의 측정 및 분석을 실시하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제21권5호
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• pp.205-209
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• 2011

ZnO는 반도전성과 초전도성을 나타내며 광학적으로도 독특한 재료로 가스센서, 태양전지, 광학도파관 등 여러 방면에 널리 활용되고 있다. 본 논문에서는 이러한 ZnO에 Al을 첨가함에 따라 광학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 ZnO에 Al 첨가량 변화에 따른 나노구조체를 제작하여 특성을 비교하였다. ZnO 용액은 PVP, ethanol, zinc acetate를 이용하여 Sol의 형태로 제작하였으며, Al첨가용액을 넣어 Al이 첨가된 ZnO Sol을 제작하였다. 제작된 Sol을 전기 방사법을 이용하여 나노구조체를 제조하였다. 제조된 섬유들을 각각 300, 500, $700^{\circ}C$로 열처리 한 후 나노 구조체를 XRD, XPS, SEM을 이용하여 분석하였다. 또한 TGA, DSC를 이용하여 온도변화에 따른 질량 및 열량의 변화를 측정하였다. UVvis를 이용하여 ZnO와 Al이 첨가된 ZnO의 흡광도를 측정 비교하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1096_1097
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• 2009

Aluminium doped zinc oxide(ZnO:Al) thin film, which is mainly used as a transparent conducting electrode in electronic devices, has many advantages compared with conventional indium tin oxide(ITO). In this paper in order to investigate the possible application of ZnO:Al thin films as a transparent conducting electrode for flexible film-typed dye sensitized solar cell (FT-DSCs), ZnO:Al and ITO thin films were prepared on the polyethylene terephthalate (PET) substrate by r. f. magnetron sputtering method. Specially one-inched FT-DSCs using either a ZnO:Al or ITO electrode were also fabricated separately under the same manufacturing conditions. Some properties of both the FT-DSCs with ZnO:Al and ITO transparent electrodes, such as conversion efficiency, fill factor, and photocurrent were measured and compared with each other. The results showed that by doping the ZnO target with 2 wt% of $Al_2O_3$, the film deposited at discharge power of 200W resulted in the minimum resistivity of $2.2\times10^{-3}\Omega/cm$ and at ransmittance of 91.7%, which are comparable with those of commercially available ITO. Two types of FT-DSCs showed nearly the same tendency of I-V characteristics and the same value of conversion efficiencies. Efficiency of FT-DSCs using ZnO:Al electrode was around 2.6% and that of fabricated FT-DSCs using ITO was 2.5%. This means that ZnO:Al thin film can be used in FT-DSCs as a transparent conducting layer.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.394-394
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• 2011

급속한 산업의 발달은 심각한 환경오염 및 에너지 문제를 가져왔다. 이를 해결하기 위하여 무한한 에너지원인 태양에너지를 원천으로 하는 친환경 정화소재로서의 광촉매(photocatalyst)를 통하여 인류의 에너지를 확보하는 것에 대한 관심이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 현재 광촉매로 가장 많이 사용되는 $TiO_2$의 경우 뛰어난 광활성과 저렴한 가격, 광 안정성, 화학적 안정성을 가짐에도 불구하고, 3.2 eV라는 상대적으로 넓은 band gap을 가지기 때문에 약 386 nm보다 짧은 파장을 갖는 자외선만 흡수할 수 있다. 이로 인한 가시광 응답성의 부재를 해결하기 위해 수십년간 많은 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 ICP assisted pulsed DC reactive magnetron sputtering을 이용하여 $TiO_2$를 기반으로 하면서 가시광영역의 빛을 흡수하여 높은 효율을 얻을 수 있도록 Nitrogen doping, Low band gap semi-conductor sensitization 등의 방법을 사용하여 광촉매를 제작하였다. 시료의 chemical state와 crystallinity를 확인하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy와 X-ray diffraction method를 이용하여 분석을 수행하였으며, 이러한 공정을 통해 제작된 $TiO_2$기반 광촉매의 가시광 응답성을 확인하기 위하여 UV/Vis 스펙트럼을 측정하였다. 또한 물 분해 장치(water splitting device)를 제작하여 수소와 산소 생성시 흐르는 전류를 측정하여 광특성을 평가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.315.1-315.1
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• 2013

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에는 습식, 건식 표면조직화 방법에 따른 표면 형상과 표면 반사도를 분석 하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. 표면 조직화 공정은 염기성 용액인 KOH를 이용한 식각 방법과 Ag를 이용한 metal-assisted 식각, 산증기를 이용한 식각, 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각을 적용하여 제작하였다. 표면 반사율을 400~1000 nm 사이의 파장에서 측정하였으며 KOH를 이용하여 식각한 샘플이 9.11%의 표면 반사율을 가졌으며 KOH를 이용하여 식각한 표면에 추가로 metal-assisted 식각을 한 샘플이 2%로 가장 낮은 표면 반사율을 보였다. 표면 조직화 후 동일 조건으로 셀을 제작 하여 효율 측정 결과 Ag를 이용한 2단계 metal-assisted chemical 식각이 15.83%의 가장 낮은 광변환 효율을 보였으며 RIE를 이용한 2단계 반응성 이온 식각공정이 17.78%로 가장 높은 광변환 효율을 보였다. 이 결과는 반사도 결과와 일치 하지 않았다. 표면 조직화 모양에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 실험 결과 도핑 프로파일의 균일성은 셀 효율 개선을 위해 낮은 표면 반사율 만큼 중요하다는 점을 알게되었다. 낮은 반사율을 갖는 표면조직화 공정도 중요하지만 표면에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도의 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권5호
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• pp.654-659
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• 2010

박막형 유기 태양전지의 효율 향상을 위하여 정공 수송층인 CuPc 층에 p형 유기 반도체인 rubrene을 함량 별로 도핑하여 ITO/PEDOT:PSS/CuPc: rubrene/CuPc:C60(blending ratio 1:1)/C60/BCP/Al의 이종접합구조를 가지는 p-i-n형 유기 박막형 태양전지 소자를 제조한 후, 유기 태양전지의 전류 밀도-전압(J-V) 특성, 단락 전류($J_{sc}$), 개방 전압($V_{oc}$), 충진 인자(fill factor:FF), 에너지 전환 효율(${\eta}_e$) 등을 측정하고 계산하여 성능 평가를 수행 하였다. 정공 수송층으로 사용된 CuPc 층에 rubrene을 도핑함으로써 에너지 흡수 스펙트럼에서 흡수 강도가 감소하였다. 그러나 CuPc 보다 큰 밴드갭을 가지며 높은 정공 이동도를 가지는 결정성 rubrene의 도핑에 의해 제조된 p-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능은 향상 되는 것으로 확인되었다. 제조된 유기 태양전지의 에너지 전환 효율(${\eta}_e$)은 1.41%로 실리콘 태양전지와 비교해서 아직도 성능 향상을 위한 많은 노력이 필요함을 보여 준다.

• 폴리머
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• 제33권3호
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• pp.191-197
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• 2009

박막형 유기 태양전지의 성능 향상을 위하여 정공 수송층인 CuPc 층에 강한 p형 유기 반도체인 $F_4$-TCNQ을 도핑하여 ITO/PEDOT:PSS/CuPc: $F_4$-TCNQ(5wt%)/CuPc:C60 (blending ratio 1 : 1)/C60/BCP/LiF/Al의 이종 접합 구조를 가지는 P-i-n형 유기 박막형 태양전지 소자를 진공증착 장비를 이용하여 제조한 후, 유기 태양전지의 전류 밀도-전압(J-V) 특성, 단락 전류($J_{sc}$), 개방 전압($V_{oc}$), 충진 인자(fill factor: FF), 에너지 전환 효율(${\eta}_e$) 등을 측정하고 계산하여 성능 굉가를 수행하였다. CuPc 층에 $F_4$-TCNQ을 도핑함으로써 에너지 흡수 스펙트럼에서 흡수강도가 증가하였으며, $F_4$-TCNQ가 도핑된 CuPc 박막에서 $F_4$-TCNQ 유기 분자의 분산성 향상, 박막의 표면 균일성, 주입 전류(injection currents) 향상 효과등에 의해서 제조된 p-i-n형 유기 박막 태양전지의 성능이 향상되는 것으로 확인되었다. 제조된 유기 태양전지의 에너지 전환 효율(${\eta}_e$)은 0.15%로 실리콘 태양전지와 비교해서 아직도 성능 향상을 위한 많은 노력이 필요함을 보여 준다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.87-87
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• 2010

Photoelectrochemical (PEC) systems are promising methods of producing H2 gas using solar energy in an aqueous solution. The photoelectrochemical properties of numerous metal oxides have been studied. Among them, the PEC systems based on TiO2 have been extensively studied. However, the drawback of a PEC system with TiO2 is that only ultraviolet (UV) light can be absorbed because of its large band gap (3.2 - 3.4 eV). Two approaches have been introduced in order to use PEC cells in the visible light region. The first method includes doping impurities, such as nitrogen, into TiO2, and this technique has been extensively studied in an attempt to narrow the band gap. In comparison, research on the second method, which includes visible light water splitting in molecular photosystems, has been slow. Mallouk et al. recently developed electrochemical water-splitting cells using the Ru(II) complex as the visible light photosensitizer. the dye-sensitized PEC cell consisted of a dye-sensitized TiO2 layer, a Pt counter electrode, and an aqueous solution between them. Under a visible light (< 3 eV) illumination, only the dye molecule absorbed the light and became excited because TiO2 had the wide band gap. The light absorption of the dye was followed by the transfer of an electron from the excited state (S*) of the dye to the conduction band (CB) of TiO2 and its subsequent transfer to the transparent conducting oxide (TCO). The electrons moved through the wire to the Pt, where the water reduction (or H2 evolution) occurred. The oxidized dye molecules caused the water oxidation because their HOMO level was below the H2O/O2 level. Organic dyes have been developed as metal-free alternatives to the Ru(II) complexes because of their tunable optical and electronic properties and low-cost manufacturing. Recently, organic dye molecules containing multi-branched, multi-anchoring groups have received a great deal of interest. In this work, tri-branched tri-anchoring organic dyes (Dye 2) were designed and applied to visible light water-splitting cells based on dye-sensitized TiO2 electrodes. Dye 2 had a molecular structure containing one donor (D) and three acceptor (A) groups, and each ended with an anchoring functionality. In comparison, mono-anchoring dyes (Dye 1) were also synthesized. The PEC response of the Dye 2-sensitized TiO2 film was much better than the Dye 1-sensitized or unsensitized TiO2 films.