• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.417-418
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• 2012

최근 들어 디지털 제품의 급증으로 인해 직류를 사용하는 부하가 증가하고, 태양광, 풍력발전 등의 직류를 생산하는 신재생에너지원의 발달로 인하여 부하에 직류를 직접 공급 할 수 있게 되었다. 직류배전은 가전기기 내부의 전력 변환단계를 줄임으로써 교류배전에 비해 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만 직류는 교류와 다르게 고장 전류의 차단이 어렵다. 본 논문은 유도성 부하에서 효과적인 직류차단을 위한 자기소호회로와 아크전압 억제회로를 제안하고 실험을 통하여 그 효과를 검증하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.51-51
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• 2011

1991년 스위스연방기술원(EPFL) 화학과 교수 Michae Gratzel이 발명한 염료감응 태양전지 (DSSC)는 값싼 원료와 저가공비 면에서 가장 경쟁력 있는 기술의 하나로 큰 기대를 받고 있다. 염료감응 태양전지의 특징은 전극기판의 재료나 염료를 바꿈으로서 형상이나 색체에 다양성을 갖도록 할 수 있다. 일반적인 염료감응 태양전지의 원리는 태양광이 염료 분자에 흡수, 염료는 여기상태가 되어 전자를 n형 반도체인 $TiO_2$의 전도대로 흘리고, 전자는 TCO전극으로 이동하여 외부 부하에 전기 에너지를 전달하고 상대전극으로 이동, 염료는 $TiO_2$에 전달한 전자 수만큼 전해질로부터 전자를 공급 받아 원래의 상태로 돌아가게 되는 원리에 의하여 발전된다. 전해질로는 $I^-/I_3^-$와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, $I^-$ 이온의 source로는 LiI, NaI,이미다졸리움 요오드 등이 사용되며, $I_3^-$는 이온은 $I_2$를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. 액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높은 에너지 변환 효율이 가능하지만, 전극 간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제를 가지고 있다. 반면, 고분자를 매질로 채택할 경우에는 누액의 염료는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지 변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 본 연구는 염료감응 태양전지에서 가장 큰 문제가 되고 있는 고체 전해질의 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 dimethylsulfoxide solvent 에 녹말 일정량을 녹여 Starch-$I_2$ complex 를 시켜주므로, 광 전압{\cdot}{\cdot}$전가 증가되었으며, 전지의 안정성이 향상되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.157-157
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• 2011

박막형태로 제작이 가능한 비정질 실리콘은 결정질 실리콘에 비하여 AM-1 (Air Mass 1:100mW/cm2)조건하에서 10-3 S/cm 정도의 높은 광전기전도도와 가시광선 영역($4000{\sim}7000{\AA}$)에서 약 10배의 높은 광흡수계수를 가지며, $300^{\circ}C$ 이하의 낮은 기판온도에서 다양한 기판위에 대면적으로 제작이 가능할 뿐만 아니라 제작공정이 단순하여 제작비용이 저렴하다는 이점이 있다. 본 실험에서 제작된 모든 박막은 PECVD로 증착하였으며 구조는 p-i-n superstrate형 구조를 사용하였고, 각 박막의 두께는 p-a-Si:H/i-a-SiGe:H/n-a-Si:H ($300{\AA}/2000{\AA}/600{\AA}$)으로 고정하였다. a-Si:H (hydrogenated amorphous silicon) 태양전지의 광 흡수층인 i-layer에서의 germane 가스 유량 변화(0, 20, 40. 60, 80, 100 sccm)에 대한 흡수율의 차이를 UV/Vis/Nir spectrophotometer (ultraviolet/visible/near infrared spectrophotometer)를 통해 확인하고, 그에 따른 a-Si:H 박막 태양전지를 제작하여 solar simulator를 사용하여 AM 1.5 G의 환경 조건에서 태양전지 특성을 평가하였다. 그 결과 germane 가스 유량이 증가함에 따라 파장에 대한 absorptance (a.u.)값이 증가함을 알 수 있었으며, 흡수되는 파장영역의 범위가 장파장으로 확대됨을 확인할 수 있었다. 또한 germane 가스 유량이 60 sccm 일때 a-SiGe:H 박막 태양전지 변환효율이 3.80%로 최대값을 가졌다. 실험에서 germane 가스 유량이 증가할수록 흡수율이 높아져 태양전지특성이 향상될 거라 예상 했지만, 100 sccm보다 60 sccm일 때가 단락전류밀도 값과 변환효율이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 각 layer사이에 계면상의 문제가 있을 거라 예상되며 직렬저항측정을 통해 확인할 수 있다.

• 한국광학회지
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• 제31권1호
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• pp.37-44
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• 2020

본 연구에서는 기본적인 평면 태양 전지 구조에 1차원 주기를 가지는 에미터 전극 배치를 통해 광학 및 전기적 효율을 최적화하는 설계방법을 제안한다. 에미터 전극의 주기가 줄어들면 애퍼처 비율이 감소해 빛 흡수율이 줄어들어 태양 전지 성능 저하에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 시뮬레이션을 통해 가장 간단한 평판형 태양 전지 구조 내에서 에미터 전극 배열의 최적안을 제시하였다. 광학적 측면에서 에미터 전극이 없이 광흡수층 전면에서의 광흡수를 하는 레퍼런스 소자와 성능이 유사한 조건을 도출했다. 그리고 광흡수 및 전기적 효율 측면을 모두 고려하여 가장 효과적인 전극 구조를 제안하였다. 본 연구 결과는 광전 변환으로 생성된 전하를 전극으로 가장 효율적으로 전달할 수 있는 구조를 제안함으로써, 대체 에너지원에서 큰 비중을 차지하고 있는 태양 전지의 활용성을 높이는데 기여할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.274-274
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• 2011

백색 유기발광소자는 일반적으로 적색, 청색 및 녹색의 삼원색을 혼합하여 제작하거나 청색 유기발광소자의 빛을 일부 변환시켜 적색 혹은 녹색을 발생하여 백색을 발광하는 구조를 가진다. 백색을 구현하기 위한 삼원색 조합법은 소자의 구조가 복잡하고 제조단가가 상승하며 제작 된 백색 유기 발광 소자내의 발광 영역을 담당하는 물질의 빠른 열화 때문에 발광 스펙드럼에 변화가 생길 수 있다. 본 연구에서 제안하는 색변환 방법은 최적화된 청색 유기발광소자에서 발광된 빛을 색변환 무기물 형광체 층에 의해 재흡수하고 재발광하는 과정에 의해 빛이 발생되기 때문에 색변환 무기물 형광체 층을 사용한 유기발광소자는 구조가 단순하며 무기물 형광체가 외부노출에 안정하기 때문에 상대적으로 안정된 동작이 가능하다. 청색 유기 발광 소자의 효율이나 휘도를 개선하면 소자의 성능이 향상될 수 있는 구조적 장점이 있다. 그러나 기존에 일반적으로 제조하던 방법인 고상반응법에 의한 형광체입자의 크기는 ${\mu}m$ 이상이며 형태도 불규칙한 단점이 있다. 본 연구에서는 졸겔방법으로 녹색 무기물 형광체 $Zn_2SiO_4:Mn$를 제작하였고 청색 형광 유기 발광 소자에 적용하였다. X-선 회절측정 결과는 형성된 녹색 무기물 형광체내의 Zn 이온이 도핑된 Mn 이온에 대체되었음을 보여주었다. 제작된 진청색 형광 OLED의 전계발광 스펙트럼은 461nm에서 발광 스펙트럼을 나태내고 녹색 무기물 형광체는 470 nm에서 여기되어 Mn 이온의 $^4T_1-^6A_1$ 전이에 의하여 526 nm에서 발광을 한다. 이 과정에서 색변환층의 두께가 0.3 mm 이상일 때 461 nm의 발광스펙트럼의 세기가 급격히 줄어들었다. 이 결과는 제작된 녹색 무기물 형광체를 진청색 유기발광소자와 결합하고 색변환층의 두께를 변화하여 제작된 유기발광소자의 발광색을 조절할 수 있음을 보여주었다.

• 한국진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.218-224
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• 2013

광 입사각에 따른 태양전지의 양자효율을 전류의 출력으로 변환시켜 측정하였다. 기존의 태양전지의 원리는 태양전지가 태양광을 받았을 때 전자와 전공으로 분리되어 전류가 흐르게 된다는 것이었다. 그렇지만 저자들 중에 일부가 얼마 전에 태양전지원리를 새롭게 주장한 바 있다. 그 이론은 전하밀도파(charge density wave)들이 고정(pinning) 되었을 때, 이 고정 전위벽(pinning potential barrier)을 태양 광에 의해 넘을 수 있어서 전자 덩어리에 의한 전류 즉 단락전류($I_{SC}$)가 가능하다는 것이었다. 본 실험에서는 태양광의 입사각에 따른 태양전지의 단락전류밀도 ($J_{SC}$)를 측정하여 비교해본 결과 측정값들과 전하밀도파 이론과 매우 일치함을 보인다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.49-49
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• 2009

최근 범세계적인 그린에너지 정책에 관련해 화석연료를 대체할 수 있는 수소, 풍력, 태양광 등의 대체 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 여러 대체에너지 중에서도 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지에 관한 연구가 집중되고 있다. 태양전지는 구조적으로 단순하고 제조 공정도 비교적 간단하지만, 보다 널리 보급되기 위해서는 경제성 향상이라는 문제점을 해결해야 한다. 이를 위해서는 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 신물질에 대한 연구가 필요하며, 그 중에서도 반도체 기술을 이용한 박막형 태양전지는 기존의 실리콘 태양 전지가 가지고 있는 고비용이라는 문제점을 극복할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 박막형 태양전지의 박막 재료로는 CIGS, CdTe 등이 연구되어지고 있지만, 아직까지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 에너지변환효율이 낮은 이유로 인해 실용화가 많이 이루어지지 못하고 있는 것이 사실이다. 이러한 박막형 태양전지의 재료들 중에서도 CdTe는 이종접합 박막형 태양전지에 흡광층으로 사용되는 것으로 상온에서 1.45eV 정도의 밴드갭(band gap) 에너지를 갖는 II-VI족 화합물반도체로써 태양광 스펙트럼과 잘 맞는 이상적인 밴드랩 에너지와 높은 광흡수도 때문에 박막형 태양전지로 가장 주목을 받고 있다. CdTe 박막의 제조 방법으로는 진공증착법(vacuum evaporation), 전착법(electrodeposition), 스퍼터링법(sputtering) 등이 있지만 본 연구에서는 스퍼터링법을 이용하여 박막을 증착하였다. 이상과 같이 증착된 CdTe 박막을 화학적기계적연마(CMP, chemical mechanical polishing) 공정을 적용시킴으로써, 태양전지의 에너지변환효율에 직접적인 영향을 끼칠 수 있는 CdTe 박막의 물리적, 전기적 특성들의 변화를 연구하기 위한 선행 연구를 진행하였다. 특히 본 연구에서는 CdTe 박막의 화학적 기계적 연마 특성을 분석하여 정규화를 통한 모델링을 수행하였다. 또한 화학적기계적연마 공정 전과 후의 표면 특성을 관찰하기 위해 SEM(scanning electron microscopy)과 AFM(atomic forced microscope)를 이용하였으며, 구조적 특성 관찰을 XRD(X-ray diffraction)를 사용하여 실험을 수행하였다.

• 한국진공학회지
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• 제16권3호
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• pp.161-166
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• 2007

태양광발전이란 태양에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 것이다. 지난 5년 동안 태양광발전은 세계적으로 높은 성장률을 보여 왔다. 특히 2006년에는 30%, 이상의 성장을 가져왔으며 앞으로 20년 동안 평균 생산 성장률은 매년 27%-34%가 될 것으로 예상하고 있다. 현재까지는 태양광발전을 이용해 생산된 전력의 가격은 기존 전력발전의 가격보다 높지만 태양광 기술의 발전과 효율의 향상으로 점점 그 가격이 떨어지고 있다. 뿐만 아니라 태양전지용의 실리콘 기판의 대량생산은 점점 더 태양전지의 가격 저하를 가져오고 있다. 태양전지의 변화효율의 한계는 30%이다. 현재에는 결정질 실리콘 태양전지가 주를 이루고 있지만 미래에는 박막 실리콘 태양전지가 주도를 이룰 것이다. 2030년에는 박막 태양전지가 90%이상을 이루고 결정질 태양전지는 10% 이하로 떨어질 것을 예상하고 있다. 성균관대학교에서는 결정질 실리콘 태양전지의 저가화와 고효율화를 주 연구로 수행하고 있다. 현재 성균관대학교에서는 스크린 프린트를 이용해서 16% 이상의 다결정 실리콘 태양전지와 17% 이상의 단결정 실리콘 태양전지를 성공적으로 제작하였다. 제 1세대에서 다음 세대의 태양전지 발전의 과정은 새로운 접근법으로 확대되지만 여전히 실리콘이 지금까지 주된 재료로 쓰이고 있다. 2010년까지 이러한 기술들에 대한 격차는 여전히 있지만 태양광발전을 통한 전력생산의 가격은 60 cent/watt 정도로 예상하고 있다. 태양광발전은 청정에너지로서 재생불가능 하고 고갈되어가고 환경오염을 일으키는 다른 에너지와 비교하여 점점 대체에너지로서의 자리를 확립해 가고 있다.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.71.2-71.2
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• 2010

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하여 화합물 태양전지용 광흡수층으로서 매우 이상적이다. 또한 In 일부를 Ga으로 치환하여 밴드갭을 조절할 수 있는 장점이 있다. 미국 NREL에서는 Co-evaporation 방법을 이용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고된바가 있다. 본 연구에서는 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하여 광흡수층을 제조하고자 한다. 본 실험에서는 Se 증기압을 각각 $200^{\circ}C$, $230^{\circ}C$, $240^{\circ}C$, $245^{\circ}C$로 달리 하며 실험을 실시하였다. 이때 1st stage의 시간은 15분으로 고정하였으며 기판온도는 약 $250^{\circ}C$로 고정 하였다. 2nd stage는 실시간 온도 감지 장치를 이용하여 Cu와 In+Ga의 조성비가 1:1이 되는 시간을 기준으로 Cu의 조성을 30%더 높게 조절하였으며 기판 온도는 약 $520^{\circ}C$로 고정 후 실험을 실시하였다. 3rd stage의 경우 Cu poor 조성으로 조절하기 위해 모든 조건을 10분으로 고정 후 실험을 실시하였다. 각각의 Se 증기압에 따른 물리적, 전기적 특성을 알아보기 위해 FE-SEM, EDS, XRD 분석을 실시하였다. 본 연구에서 기판은 Na이 첨가되어있는 soda-lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약60nm 두께의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용해 증착 하였다.