초록 ▼

유·무가 복합 탠덤형 태양전지 개발을 위해 internal junction 형 복합 탠덤 태양전지와 external junction 형 복합 탠덤 태양전지의 원천기술을 개발하고, 태양전지 기술을 광전극에 응용한 화학연료(수소) 제조용 광전기화학전지의 요소기술과 시스템을 개발하고자 한다.
연구내용은 다음과 같이 크게 두 가지 영역으로 구성된다.
1. 유·무기 복합 탠덤형 태양잔지의 기초, 원천기술 개발
▶ 유·무기 복합 탠덤형 태양전지 구현
Internal Junction 형 탠덤 (a Si/OPV)
Ext

유·무가 복합 탠덤형 태양전지 개발을 위해 internal junction 형 복합 탠덤 태양전지와 external junction 형 복합 탠덤 태양전지의 원천기술을 개발하고, 태양전지 기술을 광전극에 응용한 화학연료(수소) 제조용 광전기화학전지의 요소기술과 시스템을 개발하고자 한다.
연구내용은 다음과 같이 크게 두 가지 영역으로 구성된다.
1. 유·무기 복합 탠덤형 태양잔지의 기초, 원천기술 개발
▶ 유·무기 복합 탠덤형 태양전지 구현
Internal Junction 형 탠덤 (a Si/OPV)
External Junction 형 탠덤 (DSSC/CIGS)
▶ 유·무기 하이브리드 탠덤용 소재 및 접합 원천기술 개발
- 탠덤용 소재 설계 및 합성기술
- Bandgap 조절기술, hctcrojunction 형성기술
- 유·무기 박막 적층기술
2. 유·무기 복합 탠덤형 태양전지를 이용한 광전기화학전지 요소기술 개발
▶ 수소 제조용- 광전극/촉매막 일체형 전극 개발
▶ window-type 광전기화학전지 시스템 개발 및 proto-type 소자 제작

Abstract ▼

III. Contents and scope of research development
In order to develope fundamental technologies for organic/inorganic hybrid tandem solar cells, we made two different approaches, the internal tandem and the external tandem, and thereby we developed elementary technologies for a photoelectrode in a

III. Contents and scope of research development
In order to develope fundamental technologies for organic/inorganic hybrid tandem solar cells, we made two different approaches, the internal tandem and the external tandem, and thereby we developed elementary technologies for a photoelectrode in a phothoelectrochemical cell that is employed to produce chemical fuel (hydrogen) as well as for the system for waler spilling using a photoelectrochemical cell.
Research contenls consisl of two categories as follows:
1. Development of elementary, fundamental technologies for organic/inorganic hybrid tandem solar cells
▶ Realization of organic/inorganic hybrid tandem solar cells
- Internal junction-type tandem cells (a-Si/OPV)
- External junction-type tandem cells (DSSC/CIGS)
▶ Materials and junction technologies for organic/inorganic hybrid tandem solar cells
Material design and synthesis for tandem cells
- Dandgap engineering, hcteroiunction formation
- Organic/inorganic thin film deposition
2. Development of elementary lechnologies for photoeleclrochemical cells Using organic/inorganic hybrid tandem solar cells
▶ Photoelectrode catalyst film integrated electrode for hydrogen production
▶ Window type photoelectrochemical cell system and a proto type device

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 19
• 목 차 ... 27
• 그림 목차 ... 33
• 표 목차 ... 53
• 제 1 장 연구과제의 개요 ... 57
• 제 1 절 연구 목적 ... 57
• 제 2 절 연구의 필요성 ... 58
• 1. 국가사회적 이슈의 등장 배경 및 중요성 ... 58
• (1) 국가·사회적 측면 ... 58
• (2) 경제·산업적 측면 ... 60
• (3) 사회·문화적 측면 ... 61
• (4) 기술적 측면 ... 62
• 2. 문제 해결을 위한 대응방안 ... 65
• 가. 유·무기 복합 탠덤형 태양전지의 기초, 원천기술 개발 ... 65
• 나. 수소 제조용 광전기화학전지 원천기술 개발 ... 68
• 제 3 절 연구범 위 ... 70
• 1. 연구목표와 내용 ... 70
• 가. 연구 목표 ... 70
• 나. 연구 내용 ... 70
• 다. 추진 연구팀 ... 72
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 75
• 제 1 절 태양전지 분야 ... 75
• 1. 유·무기 복합 탠덤형 태양전지 ... 75
• 2. 유·무기 박막 태양전지 ... 77
• 가. 염료감응형 태양전지 ... 77
• 나. 폴리머 태양전지 ... 77
• 다. CIGS 태양전지 ... 78
• 라. Si 기반 태양전지 ... 79
• 제 2 절 태양에너지의 화학연료로의 변환과 저장 분야 ... 80
• 제 3 장 연구수행 내용 및 결과 ... 83
• 제 1 절 박막태양전지 ... 83
• 1. 박막 실리콘 태양전지 ... 83
• 가. 박막 실리콘 기술 개요 ... 83
• (1) 박막 실리콘 기술 ... 83
• (2) 유·무기 하이브리드 Landem 태양전지 개발 key issue ... 85
• (3) 고효율 유·무기 hybrid 적층형 태양전지 개발을 위한 해결 방안 ... 86
• 나. 고효율 안정화된 광대역 상층 전지 개발 ... 89
• (1) 광대역 실리콘 박막 제작 ... 89
• (2) 결과 및 분석 ... 90
• (3) 안정화된 광대역 설리콘 박막 제작 ... 98
• (4) 고효율 광대역 살리콘 박막 태양진지 제작 ... 103
• (5) 단파장 분광 특성 향상을 위한 실리콘 박막 태양전지 제작 ... 110
• 다. 협대역 나노 결정 실리콘 태양전지 개발 ... 116
• (1) 협대역 실리콘 박막 제작 ... 116
• (2) 협대역 실리콘 태양전지 제작 ... 127
• 2. CIGS 태양전지 ... 133
• 가. Ga 조성 조절을 통한 밴드갭 최적화 ... 133
• (1) 실험 배경 ... 133
• (2) 실험방법 ... 134
• (3) 실험 결과 ... 135
• 나. Cd free 버퍼 개발 ... 139
• (1) 실험 배경 ... 139
• (2) 실험 방법 및 결과 ... 140
• 다. 투명전극을 이용한 CIGS 박막 태양전지 ... 145
• 3. 염료감응태양전지 (DSSC) ... 147
• 가. 염료감응태양전지 고효율화 ... 147
• (1) 2011년 효율 ... 147
• (2) 양자효율로 계산된 광전류의 이론값 ... 148
• (3) 메조포러스 블로킹레이어 형성 기술 ... 150
• (4) Haze가 최적화된 광전극 레이어 형성 기술 ... 152
• 나. 염료감응태양전지 장기안정성 연구 ... 154
• (1) 항온 장기안정성 시험 ... 154
• (2) 열 주기 시험 (thermal cycling test) ... 155
• (3) 옥외 장기 안정성 테스트 ... 156
• 4. 폴리머 태양전지 (OPV) ... 157
• 가. 신규 PQTDPP, PQTVTDPP 개발 ... 157
• (1) 중간체와 고분자 합성 ... 158
• (2) 광학적 특성 및 전기화학적 특성 ... 159
• (3) 고분자 PQTDPP, PQTVTDPP 결정성 ... 160
• (4) 전계 효과 트랜지스터 및 광전지 특성 ... 161
• 나. pDPPT3-HD, pDPPT3-0D, pDPPT2TT-HD, pDPPT2TT-OD 개발 ... 164
• (1) 중간체와 고분자 합성 ... 164
• (2) 광학적 특성 및 전기화학적 특성 ... 167
• (3) pDPPT3-HD, pDPPT3-0D, pDPPT2TT-HD, pDPPT2TT-OD의 결정성 ... 169
• (4) 전계 효과 트랜지스터 및 광전지 특성 ... 169
• 다. Thiophene-benzothiadiazole 기반의 고분자 개발 ... 175
• (1) 고분자 합성 ... 175
• (2) PTBT 기반 고분자의 전자풍부 구조 변화에 다른 광학·전기화학적 특성 변화와 그에 따른 태양전지 특성 연구 ... 180
• 라. 신규 DAD 기반의 고분자 개발 ... 183
• (1) 신규 DAD 물질 제조 ... 183
• (2) 제조물질의 필름 증착 ... 185
• (3) 제조물질의 광전기 특성 ... 189
• 제 2 절 유·무기 탠덤 태양전지 ... 196
• 1. External Junction형 유·무기 탠덤 태양전지 ... 196
• 가. 탠덤 태양전지의 원리 ... 196
• 나. DSSC-DSSC external junction형 tandem 연구 ... 198
• (1) 탠덤 소자용 염료 개발 ... 198
• (2) 개발된 염료를 도입한 DSSC/DSSC 탠덤 소자 개발 ... 199
• 다. DSSC/CIGS external junction형 tandem 연구 ... 202
• (1) 핵심 전략 ... 202
• (2) DSSC/CIGS 탠덤 셀 제작 및 측정 조건 ... 203
• (3) Blocking layer인 mesoporous Ti02 조절에 의한 투과율 증진 ... 205
• (4) Ti02 광흡수층의 입자사이즈 감소에 의한 효과 ... 207
• (5) DSSC/CIGS 탠덤 태양전지의 고효율화 ... 209
• (6) DSSC/CIGS 탠덤 태양전지의 IPCE 측정 ... 212
• (7) DSSC/CIGS 탠덤 셀 효율의 광량 의존성 ... 216
• 2. Internal Junction형 탠덤 태양전지 ... 219
• 가. 하이브리드 탠덤 태양전지 개요 ... 219
• (1) 하이브리드 탠덤 태양전지의 필요성 ... 219
• (2) 하이브리드 탠덤형 태양전지의 에너지 레벨과 소자 구동 원리 ... 220
• 나. 하이브리드 탠덤 태양전지 원천기술 개발 ... 225
• (1) a-Si/유기 박막 접합 계면 개발 ... 225
• (2) 역전된 (reversed) 구조를 이용한 하이브리드 탠덤형 태양전지 ... 232
• (3) a-Si/유기 박막 접합 탠덤 소자의 정량적인 계면저항 분석기술 연구 ... 239
• (4) a-Si/유기 박막 접합 탠덤 소자의 투명전극 구조의 효과 ... 240
• (5) a-Si/유기 박막 접합 탠덤 소자의 IPCE 측정기술 확립 ... 242
• 제 3 절 Window-type 광전기화학전지 ... 243
• 1. Window-type 광전기화학전지 기술 개요 ... 243
• 2. 광전기화학전지용 광전극 개발 ... 245
• 가. 광전극 기술 동향 ... 245
• 나. 집광형 III-V 태양전지 광전극 모듈 연구 ... 247
• (1) 반사방지막(AR) 코팅을 통한 III-V족 광전극의 반사율 감소특성 연구 ... 248
• (2) III-V족 광전극 소자 제작 ... 252
• (3) III-V족 집광형 광전극 모듈 제작 ... 256
• 다. DSSC 광전극 모듈 연구 ... 257
• (1) 금속산화물 나노구조 제어에 의한 염료감응형 광전극 개발 ... 258
• (2) 염료감응형 광전극용 고효율 저가 상대전극 개발 ... 259
• (3) 염료감응형 광전극용 고효율 고체형 전해질 개발 ... 263
• (4) 고차나노제 구조를 이용한 염료감응형 광전극 모듈 개발 ... 265
• 3. 광전기화학전지용 산화측매막 개발 ... 266
• 가. 초임계 수열합성법을 이용한 산화 촉매막 개발 ... 266
• (1) 합성 장치 및 실험방법 ... 266
• (2) 산화금속 나노입자 합성 ... 269
• 나. 산화금속을 이용한 촉매전극 제조 기술 ... 272
• (1) 초임계수열공정으로 제조한 산화금속 나노입자의 촉매전극 ... 272
• (2) 전기화학적 방법을 이용한 다공성 산화전극 개발 ... 279
• (3) 나노 다공성 전극막 형성법 ... 285
• 4. 광전기화학전지용 환원촉매막 개발 ... 291
• 가. 다양한 전도성 기판 상에 CNT 직접 성장 ... 291
• (1) 탄소섬유 및 탄소종이에 CNT 직접 성장 ... 292
• (2) 스태인레스스틸 기판 위에 CNT 직접 성장 ... 297
• (3) Tantalum 기판 상에 CNT 직접 성장 ... 300
• (4) TiN 상에 CNT 직접 성장 ... 302
• (5) EIS 방법을 이용한 전극의 전기화학적 특성분석방법 확립 ... 304
• 나. CNT 기반 대면적 전도성 기판 제작 ... 305
• (1) 종이 상에 CNT 코팅 ... 305
• (2) CNT 상에 Pt 나노입자 도포 ... 309
• 5. Window-type 광전기화학전지 시스템 개발 ... 310
• 가. 광전극-촉매막 일체형 광전기학전지 소자 개발 ... 310
• 나. 광전기화학전지 구조 최적화 연구 ... 311
• (1) 전극판 구조 개선 ... 311
• (2) 전극 쌍 조합 효과 ... 312
• (3) 광전기화학전지 구조 변화 ... 314
• 다. 광전극-촉매막 일체형 광전기화학전지의 성능 실험 ... 315
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 317
• 제 1 절 연구목표 달성도 ... 317
• 1. 수행 내용과 연구목표 달성도 ... 317
• 가. 유·무기 탠덤형 태양전지용 단일셀 기술 ... 321
• (1) 박막 실리콘 태양전지 ... 321
• (2) CIGS 박막 태양전지 ... 321
• (3) 염료감응형 태양전지 (DSSC) ... 322
• (4) 폴리머 태양전지 (OPV) ... 322
• 나. 유·무기 탠덤형 태양전지 기술 ... 323
• (1) External junction형 탠덤 태양전지 기술 ... 323
• (2) Internal junction형 탠덤 태양전지 기술 ... 323
• 다. Window type 광전기화학전지 기술 ... 324
• (1) PEC용 광전극 ... 324
• (2) 산화촉매막 ... 324
• (3) 환원촉매막 ... 325
• (4) Window-type 광전기화학전지 시스템 ... 325
• 라. 요약 검토 ... 325
• 2. 연구 성과 ... 326
• 가. 논문게재 성과 ... 327
• 나. 특허출원 성과 ... 331
• 다. 특허등록 성과 ... 333
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 335
• 제 6 장 참고 문헌 ... 337
• 끝페이지 ... 341