• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.1-7
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• 2017

염료감응형 태양전지 촉매층으로 CoSi의 신뢰성을 확인하기 위해 전자빔증착기를 이용하여 100 nm-Co/300 nm-Si/quartz의 적층구조를 형성하고, $700^{\circ}C$-60분의 진공열처리하여 약 350 nm-CoSi를 형성하였다. 이때 잔류 Co를 제거하기 위해 $80^{\circ}C$-30%의 황산처리를 진행하였다. 또한 비교를 위해 100 nm-Pt/glass 상대전극을 준비하였다. CoSi 상대전극이 채용된 DSSC 소자의 신뢰성을 확인하기 위해 $80^{\circ}C$ 온도조건에서 0, 168, 336, 504, 672, 840시간동안 유지하였다. 이들을 채용한 DSSC 소자의 광전기적 특성을 분석하기 위해 solar simulator와 potentiostat을 이용하였다. CoSi 상대전극의 촉매활성도, 미세구조, 그리고 조성 분석을 확인하기 위해 CV, FE-SEM, FIB-SEM, EDS를 이용하여 분석하였다. 시간에 따른 에너지변환효율 결과, Pt와 CoSi 상대전극 모두 에너지변환효율이 504시간까지는 유지되다가 672시간 경과 후 처음의 50%로 감소하는 특성을 보였다. 촉매활성도 분석 결과, 시간이 지남에 따라 Pt와 CoSi 상대전극 모두 촉매활성도가 감소하여 각각 64%, 57%의 촉매활성도를 보였다. 미세구조 분석 결과, CoSi층은 전해질에 대한 안정성은 우수하였으나, 하부 쿼츠 기판과 CoSi층의 접촉면에 스트레스가 집중되어 국부적으로 크렉이 형성되며, 궁극적으로 ${\mu}m$급의 박리현상을 확인하였다. 따라서 CoSi 상대전극은 실리사이드화 되는 과정에서 잔류응력 때문에 열화가 일어나므로 신뢰성의 확보를 위해서는 이러한 잔류응력의 대책이 필요하였다.

• 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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.441-441
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• 2009

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been widely investigated as a next-generation solar cell because of their simple fabrication process and low coats. The cells use a porous nanocrystalline TiO2 matrix coated with a sensitizer dye that acts as the light-harvesting element. The photo-exited dye injects electrons into the $TiO_2$ particles, and the oxide dye reacts with I- in the electrolyte in regenerative cycle that is completed by the reduction of $I_3^-$ at a platinum-coated counter electrode. Since $TiO_2$ porous film plays a key role in the enhancement of photoelectric conversion efficiency of DSSC, many scientists focus their researches on it. Especially, a high light-to-electricity conversion efficiency results from particle size and crystallographic phase, film porosity, surface structure, charge and surface area to volume ratio of porous $TiO_2$ electrodes, on which the dye can be sufficiently adsorbed. Effective treatment of the photoanode is important to improve DSSC performance. In this paper, to obtain properties of surface and dispersion as nitric acid treated $TiO_2$ photoelectrode was investigate. The photovoltaic characteristics of DSSCs based the electrode fabricated by nitric acid pre-treatment $TiO_2$ materials gave better performances on both of short circuit current density and open circuit voltage. We compare dispersion of $TiO_2$ nanoparticles before and after nitric acid treatment and measured Ti oxidized state from XPS. Low charge transfer resistance was obtained in nitric acid treated sample than that of untreated sample. The dye-sensitized solar cell based on the nitric acid treatment had open-circuit voltage of 0.71 V, a short-circuit current of 15.2 mAcm-2 and an energy conversion efficiency of 6.6 % under light intensity of $100\;mWcm^{-2}$. About 14 % increases in efficiency obtained when the $TiO_2$ electrode was treated by nitric acid.

• 한국진공학회지
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• 제22권1호
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• pp.13-19
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• 2013

건물기능과 디자인을 개선하는 건물일체형 태양전지의 발전 가능성이 높게 평가되고 있다. 현재는 투명 염료감응형 태양전지가 유력한 건물일체형 태양전지 기술로서 개발되고 있는데 박막 공정 기술에 기초하는 Si계 투명 박막 태양전지가 새로운 대안으로서 조명받고 있다. Si계 투명 박막 태양전지에 선택적 투과막을 적용하면 가시광선은 태양전지를 투과하고 적외선은 광 흡수층으로 재반사되기 때문에 변환효율이 향상된다. 본 연구에서는 여러 종류의 박막 증착 기술 중에서 경제성이 높은 스퍼터링 방식을 이용하여 Al-Ti계 산화물 박막을 형성하고 조성에 따른 선택적 투과 특성 변화를 관찰하였다. Al-Ti계 산화물 박막의 투과율 및 반사율은 조성에 따라 크게 변화하였으며 25 nm 두께의 AlTiO 박막에서 선택적 투과 특성이 관찰되었다. 이러한 Al-Ti계 산화물 박막의 광학적 특성을 Si계 박막 태양전지에 응용하면 투명 태양전지 구현 및 변환효율 향상이 가능해 지리라 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.210-210
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• 2013

그래핀은 뛰어난 기계적, 화학적, 광학적, 전기적 특성을 가지고 있는 2차원 물질로, 대면적 합성법과 전사 공정을 통해 다양한 기판에서의 사용이 가능해지면서 차세대 전자 소자로 활용하기위한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 디스플레이, 태양전지의 전극과 전계 효과 트랜지스터의 채널로 적용한 연구에서 우수한 결과들을 보이고 있다. 특히, 금속/금속 산화물 전극은 염료 감응형 태양전지와 유기 발광 다이오드 구조에서 화학적으로 불안정할 뿐 아니라 일함수가 고정되어 쇼트키 접촉이 형성되면 저항을 낮추기 어렵지만, 그래핀은 금속/금속 산화물 전극보다 화학적으로 안정하고 일함수의 조절이 가능해 옴 접촉 형성에 용이하다. 그래핀의 일함수를 조절하는 연구는 크게 공유결합과 비공유 결합을 이용한 방법이 시도된다. 공유 결합을 이용한 방법은 합성과정에서 그래핀의 구조에 내재된 결함 혹은 새로운 결함을 형성하여 다른 원소를 첨가하는 방법이다. 이러한 방법은 그래핀의 결함 영역에서 작용하기 때문에 그래핀 전자 구조의 높은 수준 조절을 위해선 그래핀 구조의 파괴가 동반된다. 반면, 비공유 결합을 이용한 방법은 전하 이동 도핑 효과를 이용해 그래핀의 전자 구조를 제어하는 방법으로, 금속/금속산화물/기능기와 그래핀의 적층으로 복합 구조를 형성하는 방법이다. 금속/금속 산화물과의 복합구조는 안정적인 p-형 도핑이 보고되었지만, n-형 도핑은 대기중의 수분, 산소 그리고 기판과의 상호작용에 의해 대기중에서 불안정해 추가적인 피막공정이 요구된다. 기능기를 이용한 적층 구조는 그래핀과 기판사이의 상호작용 혹은 그래핀 전자 구조를 다양한 기능기를 이용해 제어하는 것으로, 이극성을 가진 자기정렬 단일층(self-assembled monolayers)이 대표적인 방법이다. 공간기(spacer)의 길이나 말단기(end group)의 종류로 p-형과 n-형의 도핑 수준을 제어할 수 있지만, 흡착기(chemisorbing groups)의 반응성이 기판의 화학적, 물리적 표면상태에 의존하기때문에 기판 선택이 제약되며 전처리 공정이 요구될 수 있는 한계가 있다. 본 연구에서는 다양한 기판에 적용가능한 용액 공정을 이용해 그래핀과 고분자를 적층하였고, 안정적이고 효과적으로 일함수를 낮추는 구조를 확인하였다.

• 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.

• 한국진공학회지
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• 제21권4호
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• pp.205-211
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• 2012

인듐주석산화막/폴리에틸렌 테레프탈레이트(ITO/PET: indium tin oxide/polyethylene terephthalate) 유연 기판 위에 성장된 산화아연(ZnO) 나노로드(nanorods)를 이용하여 형성된 은(Ag) 입자의 광학적 특성 및 소수성 표면에 대해 조사하였다. 시료를 준비하기 위해 스퍼터링법(sputtering)으로 코팅된 산화아연 씨드층(seed layer)을 이용하여 전기화학증착법(electrochemical deposition)으로 산화아연 나노로드를 성장시킨 후, 열증발증착법(thermal evaporation)을 사용하여 은을 증착하였다. 산화아연 나노로드의 불연속적인 표면 특성 때문에 은이 증착되면서 나노크기를 갖는 입자로 형성되었다. 비교를 위해 같은 조건으로 은을 평평한 ITO/PET에 증착하여 시료를 준비하였으며, 증착되는 은의 양을 조절하기 위해 100초에서 600초까지 열증발증착시간을 변화시켰다. 은 증착시간이 증가할수록 산화아연 나노로드 표면에 형성되는 은 입자의 크기와 양이 증가하였으며, 또한 빛의 흡수율이 가시광 영역에서 크게 증가하는 것을 확인하였다. 이는 은 입자의 국소표면플라즈몬공명(localized surface plasmon resonance)에서 기인된 것으로 짐작한다. 또한 물방울 테스트실험에서 평평한 ITO/PET에 증착된 은에서의 접촉각(contact angle)보다 산화아연 나노로드에 증착된 은 입자에서의 접촉각이 크게 증가함을 보여, 개선된 소수성 표면을 가질 수 있음을 확인하였다. 이러한 광학적 특성과 소수성 표면 결과는 산화아연 나노로드의 기반의 염료감응형 태양전지 또는 자정효과(self-cleaning)를 갖는 표면구조로 유연소자에 유용하게 응용할 수 있을 것으로 기대된다.