• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.929-934
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• 2010

실내조명하에서 유비쿼터스 센서 네트워크 태그 및 노드 전원으로 태양전지 사용 가능성을 실험하기 위해 PMMA(Poly-Methyl-Methacrylate) 렌즈를 단일접합 AlGaAs/GaAs 태양전지 위에 덧씌워서 렌즈로 사용한 결과 태양 전지의 특성이 향상 되었다. PMMA 렌즈를 덧씌운 효과를 비교하기 위해 AlGaAs 단일접합 태양전지에 PMMA 렌즈를 덧씌우기 전과 후의 특성을 각각 one sun 조건 ($100mW/cm^2$) 하에서 측정하였으며, 실내의 탁상램프 조명 근접거리 조건(약 1200 룩스)하에서 특성 측정 결과를 비교하였다. PMMA 렌즈를 덧씌운 결과 약 5% 정도의 효율이 향상되었고, 탁상용 형광램프 조건에서 $83\;{\mu}m/cm^2$ 이상의 전기에너지가 발생됨을 확인하였다. 실내조명 조건에서는 one sun ($100mW/cm^2$) 에 비해서 광량이 매우 작으므로 발생전압과 발생 전류가 상당히 감소하게 된다. 하지만 $83\;{\mu}m/cm^2$ 정도의 전기에너지가 발생되어 향 후 렌즈효율 개선과 모듈 설계를 통해 USN 태그 및 노드용 전원으로 충분히 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.133-133
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• 2010

3-5족 화합물 반도체를 이용한 집광형 삼중 접합 태양전지는 35% 이상의 광변환 효율로 주목을 받고 있다. 일반적으로 삼중 접합 태양전지는 넓은 영역대의 파장을 흡수하기 위해 밴드갭이 다른 InGaP, GaAs, Ge이 사용된다. 그 중 하부셀은 기계적 강도가 높고 장파장을 흡수할 수 있는 Ge이 사용되는데, p-type Ge 기판위에 III-V 결정막 성장 시 5족 원소가 확산되어 pn접합을 형성하게 된다. 이러한 구조를 가진 Ge 하부셀이 효율적으로 홀-전자 쌍을 형성하기 위해서는 두꺼운 베이스와 얇은 에미터 접합이 필요하다. InGaP의 phosphorus는 낮은 확산계수로 인해 GaAs의 arsenic에 비해 얇은 접합이 형성 가능하며, Ge표면 에칭효과가 더 적다는 장점이 있다. 이를 고려해 우리 연구그룹에서는 metalorganic chemical vapor depostion(MOCVD)을 이용하여 Ge기판위에 성장한 InGaP layer의 특성을 관찰해 보았다. <111>로 $6^{\circ}$ 기울어진 p-type Ge(100) 기판위에 MOCVD를 통해 InGaP layer를 형성하였고, 성장된 layer를 atomic force microscope(AFM)와 high-resolution x-ray diffraction(HRXRD)을 이용하여 표면형상, 조성, 응력상태 등을 각각 관찰하였다. 또한 phosphorus 확산에 의해 형성되는 도핑농도는 electrochemical capacitance-voltage(ECV)을 이용하여 관찰하였다. 성장된 Ge기판위의 InGaP layer의 경우 특징적으로 높이 50 nm, 밑변 길이 $1\;{\mu}m$의 경사진 표면을 관찰할 수 있었으며, 이러한 구조는 TMIn과 TMGa의 비율이 증가 할수록 감소하였다. 따라서 이러한 경사진 형태의 구조는 격자 불일치 때문인 것으로 판단된다. 추가적으로 V/III ratio의 최적화를 통해 1.3 nm의 표면 거칠기를 갖는 InGaP layer를 얻을 수 있었다. ECV를 통해 Ge 하부셀의 pn접합 형성을 관찰한 결과 약 160 nm에서 접합이 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 같은 성장 조건의 샘플을 1000 초 열처리 후에 접합깊이의 변화를 관찰한 결과 180 nm에서 접합이 관찰되었지만, GaAs의 arsenic에 의한 pn접합은 열처리 후에 그 깊이가 170 nm에서 300 nm로 증가 하였다. 따라서 삼중접합 태양전지의 제작 공정을 고려할 경우 phosphorus에 의한 접합 형성이 Ge 하부셀의 동작 특성에 유리할 것으로 판단된다.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제2권1호
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• pp.13-17
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• 2012

1) 국제에너지위원회 IEA 산하 SolarPACES(Solar Thermal Power and Chemistry Energy System)는 태양열발전 및 화학 관련한 기술 개발 및 보급을 목표로 한국을 포함하여 현재 20개국이 활동 중이다. 2011년 우리나라는 집행위원회뿐만 아니라 6개 기술 분야 중에 태양열발전, 태양열화학, 태양열집광기술 및 적용 3개 분야에 참여하고 있다. 2) 2011년 기준으로 약 1.2GW 용량의 태양열 발전소가 전 세계에 설치되었고, 스페인 582MW, 미국 507MW로 대부분을 차지한다. 현재 미국 8GW, 스페인 4.46GW, 중국 2.5GW를 포함하여 전체 약 17GW 용량 발전소들이 건설 또는 계획 중에 있다. 3) 국제에너지위원회 IEA는 태양열 발전소는 태양광에 비해 약 1/3정도의 발전 용량을 갖겠지만, 열저장을 이용한 높은 가동시간을 바탕으로 2050년에는 태양광이나 바이오매스와 비슷한 수준으로 전기를 공급하여 전 세계 전기의 11.3% 정도에 이를 것으로 예측하고 있다.

• 한국안광학회지
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• 제20권4호
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• pp.471-476
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• 2015

목적: 다양한 안경렌즈의 투과율 분포를 국소 투과율 현미경을 이용하여 분석함으로써 렌즈의 광학적 균일성을 연구하고자 한다. 방법: 안경렌즈 표면에 집광된 레이저의 국소적 투과율을 광검출기, 락인앰프 그리고 전동이송장치로 측정하였다. 5종 25장의 멀티코팅된 무착색렌즈와 9종 45장의 멀티코팅된 착색렌즈가 시료로서 분석되었다. 결과: 굴절률과 코팅 종류에 따른 무착색렌즈의 투과율과 렌즈별 투과율 편차는 거의 균일하게 측정되었다. 하지만 착색렌즈의 경우 렌즈별 투과율 편차가 무착색렌즈에 비해 약 3.7배 크게 측정되었다. 또한 렌즈의 국소적 투과율 불균일도도 무착색렌즈에 비해 착색렌즈가 평균 약 3.1배 큰 것으로 분석되었다. 결론: 무착색렌즈에 비해 착색렌즈가 렌즈별 투과율의 편차와 투과율 불균일도가 모두 큰 것을 국소 투과율 현미경을 이용하여 분석할 수 있었다. 국소 투과율 현미경을 통한 이러한 분석은 렌즈의 성능 평가와 광학적 균일성 향상에 적용될 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.143-144
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• 2010

3-5족 화합물 반도체를 이용한 집광형 삼중 접합 태양전지는 40% 이상의 광변환 효율로 많은 주목을 받고 있다[1]. 삼중 접합 태양전지의 하부 셀은 기계적 강도가 높고 장파장을 흡수할 수 있는 Ge이 사용된다. Ge위에 성장될 III-V족 단결정막으로서 Ge과 격자상수가 일치하는 GaInP나 GaAs가 적합하고, 성장 중 V족 원소의 열확산으로 인해 Ge과 pn접합을 형성하게 된다. 이때 GaInP의 P의 경우 GaAs의 As보다 확산계수가 낮아 태양전지 변환효율향상에 유리한 얇은 접합 형성이 가능하고, 표면 에칭효과가 적기 때문에 GaInP를 단결정막으로 선택하여 p-type Ge기판 위 성장으로 단일접합 Ge구조 제작이 가능하다. 하지만 이종접합 구조 성장으로 인해 발생한 계면사이의 전위나 미세결함들이 결정막내부에 존재하게 되며 이러한 결함들은 광학소자 응용 시 비발광 센터로 작용할 뿐 아니라 소자의 누설전류를 증가시키는 원인으로 작용하여 태양전지 변환효율을 감소시키게 된다. 이에 결함감소를 통해 소자의 전기적 특성을 향상시키고자 수소 열처리나 플라즈마 공정을 통해 수소 원자를 박막내부로 확산시키고, 계면이나 박막 내 결함들과 결합시킴으로서 결함들의 비활성화를 유도하는 연구가 많이 진행되어 왔다 [2][3]. 하지만, 격자불일치를 갖는 GaInP/Ge 구조에 대한 수소 열처리 및 불순물 준위의 거동에 대한 연구는 많이 진행되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 Ga0.45In0.55P/Ge구조에 수소 열처리 공정을 적용을 통하여 단결정막 내부 및 계면에서의 결함밀도를 제어하고 이를 통해 태양 전지의 변환효율을 향상시키고자 한다. <111> 방향으로 $6^{\circ}C$기울어진 p-type Ge(100) 기판 위에 유기금속화학증착법 (MOCVD)을 통해 Si이 도핑된 200 nm의 n-type GaInP층을 성장하여 Ge과 단일접합 n-p 구조를 제작하였다. 제작된 GaInP/Ge구조를 furnace에서 250도에서 90~150분간 시간변화를 주어 수소열처리 공정을 진행하였다. 저온 photoluminescence를 통해 GaInP층의 광학적 특성 변화를 관찰한 결과, 1.872 eV에서 free-exciton peak과 1.761 eV에서 Si 도펀트 saturation에 의해 발생된 D-A (Donor to Acceptor)천이로 판단되는 peak을 검출할 수 있었다. 수소 열처리 시간이 증가함에 따라 free-exciton peak 세기 증가와 반가폭 감소를 확인하였고, D-A peak이 사라지는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 수소 열처리에 따른 단결정막 내부의 수소원자들이 얕은 불순물(shallow impurity) 들로 작용하는 도펀트들이나, 깊은 준위결함(deep level defect)으로 작용하는 계면근처의 전위, 미세결함들과의 결합으로 결함 비활성화를 야기해 발광세기와 결정질 향상효과를 보인 것으로 판단된다. 본 발표에서는 상술한 결과를 바탕으로 한 수소 열처리를 통한 박막 및 계면에서의 결함준위의 거동에 대한 광분석 결과가 논의될 것이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권11호
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• pp.935-941
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• 2016

고온기기의 부재로 널리 사용되는 인코넬 718을 사용하여 UNSM 표면처리법에 의한 처리효과를 기기의 사용조건을 고려한 실온, $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$ 및 $600^{\circ}C$ 의 세 가지 온도레벨하의 대기 중에서 고온피로 시험을 실시하여 각 시험편의 온도에 따른 피로특성을 연구하였다. 이때 고온회전굽힘피로시험(R=-1)은 할로겐(Halogen) 램프를 사용한 집광식인 가열방식을 선택한 새로운 피로시험기를 사용하였다. 인코넬 718의 고온피로강도는 상온에 비하여 감소하였다. 그러나 설계응력레벨에서는 상온의 내구한도와 유사한 경향을 나타내었다. UNSM 처리된 고온피로특성은 미처리재에 비하여 설계응력레벨에서 크게 향상되었다. 미처리재의 $300^{\circ}C$와 $500^{\circ}C$ 사이의 온도 영향은 거의 없었지만, $600^{\circ}C$에서는 높은 응력레벨에서 피로수명이 짧아졌지만, 낮은 설계응력레벨에서는 상온의 S-N선도보다 피로수명이 증가되는 경향을 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.311-312
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• 2012

본 발표에서는 광학적 분석 시스템에 적용 가능한 발광소자(광원)과 수광소자(광센서)를 집적화시키는 모듈(수 발광 집적모듈) 기술을 제시하고자 한다. 이러한 수-발광 집적모듈은 다양한 응용 분야에 적용 될 수 있다. 예를 들어, 광신호 감지를 위한 광통신용 송-수신 모듈(optical communication), 의료/진단 분야에서 단백질/DNA/박테리아 등의 검출 및 분석에 관한 바이오 센서(bio-sensor), 그리고 대기(가스)/수질 모니터링에 관한 환경센서 등 매우 광범위한 분야에 해당되는 요소 기술이라 할 수 있다. 특히, 이들 분야들 중 바이오 물질을 분석하고 검출하는 광학적 바이오 센서 기술은 높은 경제적 가치와 산업적 성장 잠재력으로 인해 오랫동안 활발한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 광학적 바이오 센서에서 가장 범용적인 방법 중 하나가 항온-항체 면역반응을 기반으로 하는 형광 검출(fluorescence detection) 기법이다. 이러한 시스템은 전체적으로 광원, 광학계, 그리고 센서로 구성되는데 기존에 일반적으로 사용되고 있는 형광 현미경의 경우는 민감도가 우수하다는 장점은 있으나 상당히 고가이고 부피가 크며 복잡한 광학구성으로 이루어져 있다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 맥락에서 고민감도를 확보하면서 휴대성, 고속처리, 저가 등의 특성을 가진 시스템에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 핵심기술 중의 하나가 수-발광 부분을 집적화 시키는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 바이오 센서 기술의 하나로서 형광을 측정하여 혈액내의 진단 지표인자를 검출할 수 있는 휴대용 혈액진단기기에 적용되는 소형 수 발광 집적 모듈을 개발하였다. 혈액내의 검출 성분의 양에 따라 형광의 세기가 변화하게 됨으로써 정량적인 검출이 가능한 원리이다. 모듈의 구조는 크게 광원(발광소자), 광학계, 그리고 광센서(수광소자) 세 영역으로 나누어 진다. 광원은 635 nm 적색 레이저다이오드로서 형광체(Alexa Fluor 647/발광파장: 668 nm)를 여기 시키는 기능을 하며 장착된 볼렌즈 의해 샘플의 형광체 영역으로 집광된다. 광학계는 크게 시준렌즈(collimating lens)와 광학필터로 구성됨으로써 샘플로부터 발생되는 광을 적절하게 수광소자로 전달하는 기능을 하게 된다. 여기서 광학필터의 경우는 기본적으로 Distributed Bragg's Reflector(DBR) 구조로써 실리콘(Si) 포토다이오드 상부에 모노리식(monolithic)하게 형성되며 검출 샘플로부터 진행되는 레이저 광(잡음의 주원인)은 차단하고 형광(광신호)만 통과 시키는 기능을 하게 된다. 따라서 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 향상시키기 위해서는 정밀한 광 필터링 기능이 요구됨으로써 박막의 세밀한 공정 조건과 구조적-광학적 특성 분석이 수행되었다. 마지막으로 포토다이오드 소자는 일반적인 구조 이외에 중앙에 원형 구멍이 형성된 특별한 구조가 적용된다. 이것은 포토다이오드 구조에 변화를 줌으로써 모듈 구조를 효율적으로 응용할 수 있다는 의미를 갖는다. 또한 포토다이오드의 전기적-광학적 측정 분석을 통해 잡음 및 감도 특성이 세부적으로 조사되며 형광신호를 효과적으로 측정할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로 제작된 모듈은 약 $1{\times}1{\times}1cm^3$ 내외 정도의 크기를 갖는다. 요약하자면 본 발표에서는 광학적 바이오센서에 적용할 수 있는 소형 수-발광 소자 집적모듈을 소개한다. 전체 모듈 설계는 최소한의 부피를 가짐과 동시에 측정의 정밀성을 향상시키는데 초점을 맞추어 진행하였다. 세부요소인 광학필터와 포트다이오드의 경우 잡음 및 민감도에 미치는 중요성 때문에 세밀한 공정 및 특성분석이 수행되었다. 결론적으로 독자적인 설계 및 공정을 통해 휴대성 및 정밀성 등의 목적에 부합한 경쟁력 있는 수-발광 소자 집적모듈 제작 기술을 확보하였다.