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에너지 고갈의 심화 정도가 가속화되어 가는 실정에서, 태양에너지를 활용하는 것에서 효율적으로 활용하는 것이 중요한 화두로 자리잡고 있다. 지속적인 발전을 이룩한 n-type 반도체는 밴드갭이 3.0 eV 이상이어서 태양에너지의 사용 영역이 자외선보다 에너지가 큰 영역으로 한정되어 있기 때문에 재료 자체에 결함을 가지고 있다고 할 수 있다. 이에 반해 p-type으로 잘 알려진 Cu₂O와 CuO는 풍부한 자원이기도 하고, 무엇보다도 밴드갭이 각각 ~2.2eV, ~1.2eV이기 때문에 가시광선 영역의 빛을 효율적으로 활용할 수 있다. 이론적으로는 Cu₂O의 경우에 에너지 전환효율이 최대 20%를 나타내고, CuO의 경우에는 31%까지 나타낼 수 있다. 하지만 지난 연구를 통해서는 훨씬 낮은 값인 3.83%, 1%를 각각 얻었다. 이에 대해 결정성 결함을 가장 큰 원인으로 보고 있다. Cu₂O와 CuO의 결정성 향상을 위해 많은 노력이 이루어졌지만, 제작 온도가 높고, 조건이 까다로운 한계를 여전히 나타내고 있다.

본 연구는 단결정 구리타겟을 사용하여 제작한 구리박막을 기본으로 하여, 특정 조건 없는 대기 분위기와 유사한 전기로에서 열처리를 실시하여 Cu₂O와 CuO ...

에너지 고갈의 심화 정도가 가속화되어 가는 실정에서, 태양에너지를 활용하는 것에서 효율적으로 활용하는 것이 중요한 화두로 자리잡고 있다. 지속적인 발전을 이룩한 n-type 반도체는 밴드갭이 3.0 eV 이상이어서 태양에너지의 사용 영역이 자외선보다 에너지가 큰 영역으로 한정되어 있기 때문에 재료 자체에 결함을 가지고 있다고 할 수 있다. 이에 반해 p-type으로 잘 알려진 Cu₂O와 CuO는 풍부한 자원이기도 하고, 무엇보다도 밴드갭이 각각 ~2.2eV, ~1.2eV이기 때문에 가시광선 영역의 빛을 효율적으로 활용할 수 있다. 이론적으로는 Cu₂O의 경우에 에너지 전환효율이 최대 20%를 나타내고, CuO의 경우에는 31%까지 나타낼 수 있다. 하지만 지난 연구를 통해서는 훨씬 낮은 값인 3.83%, 1%를 각각 얻었다. 이에 대해 결정성 결함을 가장 큰 원인으로 보고 있다. Cu₂O와 CuO의 결정성 향상을 위해 많은 노력이 이루어졌지만, 제작 온도가 높고, 조건이 까다로운 한계를 여전히 나타내고 있다.

본 연구는 단결정 구리타겟을 사용하여 제작한 구리박막을 기본으로 하여, 특정 조건 없는 대기 분위기와 유사한 전기로에서 열처리를 실시하여 Cu₂O와 CuO 박막을 제작하였다. 전기로의 온도와 시간에 따라 형성되는 물질이 다름을 확인하였고, 이로써 공정 조건을 확립하였다. 구리박막에서부터 표면에 존재하는 CuO(111)에 대하여 자세하게 분석하였고, 이를 통해 제작된 Cu₂O와 CuO 박막이 안정한 상태로 유지됨을 확인하였다.

태양에너지를 응용하는 연구에 이바지하기 위해 n-type을 나타내는 ZnO와 CuO를 접목하여 이산화탄소 환원을 위한 구조체를 제작하였다. ZnO와 CuO가 금속 산화물이기 때문에 식각을 통해 구조체를 제작하는 것이 어려웠고, 이를 대체하기 위하여 PR lift-off 공정에 대한 조건을 확립하였다.

제작한 광촉매제가 이산화탄소 환원반응에서 제대로 작동하는 것을 확인하였다. 반응을 한 달간 연속적으로 실시할 경우에는 CuO가 Cu₂O로 환원되는 것을 확인하였고, 더 이상 이산화탄소 환원반응이 일어나지 않는 것 또한 확인하였다. 이에 대한 원인에 대한 분석과 보완이 잘 이루어진다면, 이산화탄소 절감과 더불어 활용에 대한 소자 응용이 현실화 될 수 있을 것으로 판단된다.

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