• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.29 no.5
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• pp.215-219
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• 2018

In this paper we show that the localized surface-plasmon resonance of Ag nanoparticles produced by laser dewetting can be effectively utilized for improving the photocurrent and efficiency of a dye-sensitized $TiO_2$ solar cell. An Ag thin film deposited on a conducting glass substrate was dewetted into nanoparticles by a pulsed laser. A dye-sensitized $TiO_2$ solar cell fabricated on this substrate containing the Ag nanoparticles exhibited improved photovoltaic performance, compared to a reference cell. This is attributed to the increased light trapping that arises from the localized surface-plasmon resonance of the dewetted Ag nanoparticles.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.1258_1259
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• 2009

염료감응형 태양전지 (dye-sensitized solar cell; DSC)는 경제성 한계에 달한 Si 태양전지를 대체할 수 있는 유력한 후보로서, 지금까지 많은 연구개발로 큰 효율향상을 기록했다. 다양한 연구 분야 중에서도, 투명전도성 막과 전해질 층간의 접촉으로 발생하는 전자의 재결합을 막기 위해 삽입하는 compact layer는 ZnO dip-coating, $TiCl_4$ dip-coating, Ti sputtering 등 다양한 제조방법이 제시되었다. 본 연구에서는 $TiCl_4$ 용액을 이용해 spin-coating 방법으로 $TiO_2$ compact layer를 제조하는 시도를 했다. 기존 dip-coating 방법과의 비교를 통해서 본 연구의 spin-coating 방법에 의한 효과를 확인한 결과, standard DSC 대비 33.4%, dip-coating 방법으로 compact layer를 삽입한 DSC 대비 6%의 효율 향상을 기록했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.209-209
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• 2010

금(Au) 또는 은(Ag) 금속 나노입자의 모양, 크기, 분포 상태를 조절하여 가시광선과 적외선, 자외선 영역에서 강한 표면 플라즈몬 효과을 이용할 수 있는데, 최근 이러한 금속 나노입자의 표면플라즈몬 효과를 이용하여 태양광 소자의 성능을 향상시키는 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 그 중, 높은 효율과 낮은 제작비용 그리고 간단한 공정과정의 장점을 갖고 있어서 크게 주목 받고 있는 염료감응태양전지에서도 금(Au) 또는 은(Ag) 금속 나노입자을 이용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그 예로, Au가 코팅된 $TiO_2$ 기반의 염료감응태양전지구조를 제작하여, 입사된 빛이 표면플라즈몬 효과를 통해, Au에서 여기된 전자들이 Au/$TiO_2$ 사에의 schottky 장벽을 통과하여 $TiO_2$의 전도대 전자들의 밀도가 증가하여, charge carrier generating rate을 높여 소자의 광변환 효율의 향상을 증명하였다. 이에 본 연구에서는, $TiO_2$보다 높은 전자 이동도(mobility)와 직선통로(direct path way)의 장점을 갖고 있는 ZnO nanorod에서의 charge carrier generating rate을 높일 수 있도록, 비교적 가격이 저렴한 Ag nanoparticle을 코팅하였다. ZnO nanorod 제작은 낮은 온도에서 간단하게 성장시킬 수 있는 hydrothermal 방법을 이용하였다. 기판위에 RF magnetron 스퍼터를 이용하여 AZO seed layer를 증착한 후, zinc nitrate $Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$과 hexamethylentetramines (HMT)으로 혼합된 용액을 사용해 ZnO nanorods를 성장시켰다. 이 후, Ag를 형성할 수 있도록 열증기증착법을 이용하여 코팅하였다. Ag의 증착시간에 따른 ZnO nanorods에서의 코팅된 구조와 형태를 관찰하기 위해 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용하여 측정하였으며, 결정성을 조사하기 위해 X-ray diffraction (XRD)을 이용하여 분석하였다. 또한 입사된 빛에 의해, 여기된 ZnO 전도대 전자들이 다시 재결합을 통해 방출되는 photoluminescence 양을 scanning PL 장비를 통해 측정하여 Ag가 코팅된 ZnO nanorod의 광특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.258.2-258.2
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• 2015

염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells; DSSC)는 공정비용과 재료가 저렴하여 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 특히 투명한 재료를 사용하므로 flexible한 기판을 이용하여 그 적용범위가 넓다. DSSC는 상부전극인 FTO와 전해질의 접촉으로 인해 일부 FTO의 전자가 외부로 나가지 못하고 산화환원 반응에 의해 도로 전해질로 들어갈 확률이 있다. 이로 인해 효율 감소문제를 야기 할 수 있다. 이를 해결하기 위해 FTO위에 여러 물질들을 증착하거나 코팅 등의 많은 연구가 이루어져 왔다. ZnO를 DSSC로 적용한 연구는 많이 이루어졌지만 대부분 공정이 Chemical Vapor Deposition (CVD)으로 진행 되어왔다. 본 연구에서는 FTO위에 ZnO를 진공 공정에 비해 저렴하고 간단한 spin-coating으로 blocking layer를 형성하였다. 그 후 염료에서 여기 된 전자를 FTO로 전달해 주는 역할을 하는 TiO2를 doctor blade방법으로 형성하였다. ZnO는 TiO2하고 전도대와 가전자대의 에너지 준위 차이가 거의 없고, ZnO의 전자 이동도가 TiO2보다 높기 때문에 FTO로 전자를 큰 저항 없이 전달 할 수 있다. 또한 투과율이 좋아 염료까지의 빛의 투과성도 뛰어나다. ZnO blocking layer를 형성하여 FTO에서 전해질로의 전자이동을 막아주는 역할을 하여 DSSC의 performance 향상을 확인하였다. Field Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM)을 통해 FTO/ZnO/TiO2의 계면 및 두께를 확인하였고. DSSC의 특성 분석을 위해 I-V curve, Power conversion efficiency, Impedance spectroscopy를 측정 하였다.

• Polymer(Korea)
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• v.38 no.6
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• pp.809-814
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• 2014

An array structure of conducting polymer microtubule was fabricated for an amperometric biosensor. 3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT) was electropolymerized in the microporous template membrane with poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrenesulfonic acid) (PEDOT/PSS) composite as a binder. The array structure can provide enhanced current collecting capability due to large active surface area compared to the macroscopic area of the electrode itself. For a biosensor application, the array electrode was tested for $H_2O_2$ detection and showed very sluggish electrochemical response to $H_2O_2$. To enhance the detection efficiency to the oxidation of $H_2O_2$, gold was treated on the electrode by two different approaches: sputtering and electrochemical deposition. Gold treatment with either method greatly enhanced the sensitivity of the electrode to $H_2O_2$. So, conducting polymer microtubule array with gold treatment was expected to be a sensitive amperometric biosensor system based on the detection of $H_2O_2$.

• Journal of IKEEE
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• v.23 no.2
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• pp.538-542
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• 2019

Semiconductor oxides such as $TiO_2$ involved in light conversion efficiency are the main elements of dye-sensitized solar cells (DSSC) and are used to mix different semiconductor oxides to improve efficiency. In this research, characteristics of the dye-sensitive solar cell are studied using semiconductor oxide formed by mixing $TiO_2$ and $Nb_2O_5$. A solar cell is manufactured by adding $Nb_2O_5$ at different ratios in order to analyze electrical characteristics of a mixed semiconductor oxide on light conversion efficiency. With the addition of $Nb_2O_5$, the conductivity was further enhanced than the recombination phenomenon caused by contact with electrolytes, confirming the improve of short-circuit, open voltage, and conversion efficiency of solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.259-259
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• 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.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.66 no.3
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• pp.209-217
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• 2022

We have developed photosensitive electrochromic smart windows that does not require any transparent conducting oxide (TCO) substrate. In our previous study, we demonstrated that a flexible film-type device made with a low temperature curing WO₃ sol and TiO₂ sol could show a reversible and rapid switching between colored and bleached state via incorporation of platinum catalysts on the surface of WO₃ layer. However, when these devices were exposed to sunlight over 4 hour, it was confirmed that they did not return to fully bleached state in the darkened state due to their overcoloring process. In this study, we added 4-hydroxy-(2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl (TEMPOL) as an additive to the electrolyte of photosensitive electrochromic device to effectively prevent the undesired overcoloring process. The resulting device with TEMPOL indeed did not undergo excessive coloration and showed great reversibility even after being exposed to sunlight for over 4 hours. Various concentrations of TEMPOL were applied to compare changes in the visible transmittance and coloring/bleaching kinetics of devices. In terms of energetic point of view, we proposed a plausible mechanism of TEMPOL to prevent excessive coloration.

• Journal of the East Asian Society of Dietary Life
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• v.20 no.5
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• pp.735-742
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• 2010

Biogenic amines are synthesized by microbial decarboxylation for the putrefaction or fermentation of foods containing protein. Although biogenic amines such as histamine, tyramine, and putrescine are required for many physiological functions in humans and animals, consumption of high amounts of biogenic amines can cause toxicological effects, including serious gastrointestinal, cutaneous, hemodynamic, and neurological symptoms. In this study, a novel amperometric biosensor wasdeveloped to detect biogenic amines. The biosensor consisted of a working electrode, a reference electrode, a counter electrode, an enzyme reactor with immobilized diamine oxidase, an injector, a peristaltic pump and a potentiostat. A working electrode was fabricated with a glassy carbon electrode (GCE) by coating functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNT-$NH_2$) and by electrodepositing Prussian blue (PB) to enhance electrical conductivity. A sensor system with PB/MWCNT-$NH_2$/GCE showed linearity in the range of $0.5 {\mu}M{\sim}100 {\mu}M$ hydrogen peroxide with a detection limit of $0.5 {\mu}M$. The responses for tyramine, 2-phenylethylamine, and tryptamine were 95%, 75%, and 70% compared to that of histamine, respectively. These results imply that the biosensor system can be applied to the quantitative measurement of biogenic amines.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.147-147
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• 2017

$TiO_2$는 의료기기, 광촉매, 태양전지 등의 여러 분야에 응용이 가능하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 그 중 양극산화를 통하여 수직으로 잘 정렬된 나노튜브는 넓은 반응면적, 높은 전자 전도성 등의 장점으로 그 성능을 더욱 향상 시킬 수 있어 많은 연구자들이 이용하고 있다. 양극산화의 특성상 Ti 기판 위에 형성된 나노튜브의 효용성을 높이기 위하여 기판에서 분리하여 membrane의 형태로 이용하기도 한다. 이런 $TiO_2$ 나노튜브 멤브레인의 이용은 주로 오염물의 분해를 위한 광촉매, 염료감응 태양전지의 전극으로 이용되고 있다. 본 연구는 $TiO_2$ 나노튜브 멤브레인에 기체 동위 원소 분리에 이용되는 HKUST-1, ZIF-8 등과 같은 Metal Organic Frame Work (MOF)을 충진 시켜 극저온에서 수소 동위 원소를 분리 하고 자 하는데 있다. 하지만 MOF를 충진하기 위해서는 기존의 $TiO_2$ 나노 튜브 멤브레인보다 더 넓은 내경과 안정성이 요구되는 바이다. 이를 위하여 본 연구에서는 내경을 수백 나노미터 이상으로 확장하기 위한 전해질, 전류(전압) 조건 등에 대하여 연구 하였다. 또한 멤브레인의 안정적인 제조를 위하여 2-step 양극산화 조건, 열처리 조건 등의 변화를 통하여 그 목적을 달성 하고자 하였다.