초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 3세대 태양전지와 기타 태양광 에너지 전환 시스템에 사용되는 전극 소재에 대한 연구이다. 본 연구에서는 무기소재의 단순한 나노구조화 연구를 탈피하여, 독창적이고 혁신적인 신소재의 개발과 아울러 전극 소재의 물리적 특성과 광학적, 광전기화학적 특성 분석, 전자구조 특성 및 전자전이 현상 분석 등의 기초 물성에 대한 연구를 수행하여 태양광 에너지 전환 효율을 극대화하는 나노 무기소재 기반 원천기술 개발을 최종 목표로 설정하였다. 구체적인 연구 내용으로 백금 촉매를 대체할 저가형, 고효율 전이금속 화

연구의 목적 및 내용
본 연구는 3세대 태양전지와 기타 태양광 에너지 전환 시스템에 사용되는 전극 소재에 대한 연구이다. 본 연구에서는 무기소재의 단순한 나노구조화 연구를 탈피하여, 독창적이고 혁신적인 신소재의 개발과 아울러 전극 소재의 물리적 특성과 광학적, 광전기화학적 특성 분석, 전자구조 특성 및 전자전이 현상 분석 등의 기초 물성에 대한 연구를 수행하여 태양광 에너지 전환 효율을 극대화하는 나노 무기소재 기반 원천기술 개발을 최종 목표로 설정하였다. 구체적인 연구 내용으로 백금 촉매를 대체할 저가형, 고효율 전이금속 화합물 기반 촉매 연구, 귀금속 나노입자 기반 광전극 개발, 광전극의 안정성과 광전환 효율을 도모할 수 있는 나노구조의 광전극 소재 디자인 연구가 수행되었다.

연구결과
(1) 전이금속 기반 셀레나이드 (metal selenide) 전극 소재 개발로 최초로 셀레나이드 화합물 기반 비백금계 촉매 연구를 발표하였고, 비화학량론 화합물 (non-stoichiometric compounds)의 물성과 전기화학적 촉매활성과의 상관관계를 규명하여 신전극물질 개발의 이론적 발판 마련 및 태양 전지의 광전환 효율과 안정성을 크게 향상시켰다.

(2) 전이금속과 옥살레이트 리간드를 통하여 3차원적인 초분자 구조를 형성할 수 있는 배위 고분자 (coordination polymer)를 개발하고, 이를 전구체로 활용함으로써 새로운 구조의 이산화티탄 합성하고, 이를 광전극으로 응용하여 그 유용성을 규명하였다.

(3) 무기반도체 소재를 광전극에 다중 적층구조로 구성하여 광흡수를 극대화하도록 고안하고, 적층 구조으로 인한 새로운 광학 특성, 전하 재결합을 분광학적 분석 및 임피던스 분석을 통해 밝혀냈다.

(4) 실리콘 광전극의 안정성을 높일 수 있는 실리콘/산화물 박막 구조의 새로운 나노구조 광전극을 개발하고 박막 두께와 광전환 효율 및 안정성과의 상관관계를 규명했다.

(5) 현재까지 단 3편의 연구결과가 보고된 금속 클러스터의 광감응제 응용 연구에서 새로운 돌파구를 제시한 연구를 수행하였다. 태양전지의 작동 원리를 최초로 규명하고, 세계 최고의 광전환 효율을 달성하여 주요 선도연구자로 성장할 발판을 마련하였다.

연구성과
다수의 국제저명학술지에 논문 출판과 국내외 특허를 출원하는 성과를 거두었다. 특히, 귀금속 나노입자를 신개념 가시광선 감응제로 사용하는 연구결과를 최근 국제학술지 Journal of the American Chemical Society (JACS)에 발표하였고, 본 연구 수행을 통하여 발표한 총 13편의 SCI급 논문 중 9편의 논문을 JCR 분야별 상위 10%이내의 학술지에 발표하였다. 특허출원 11건 (국외 1건)과 등록 5건, 30건의 학술대회발표를 통해 연구결과를 원천기술로 확보하고 대외적으로 홍보하였다.

연구결과의 활용계획
축적된 태양전지 핵심기술을 특허화하여 세부 핵심기술의 산업재산권을 취득할 예정이며, 이를 통해 핵심기술의 산업화와 기술화를 촉진하는 기폭제로서의 역할을 하려 한다. 또한, 개발된 비백금계 전극 소재의 연료전지 전극물질로의 응용 (산소환원전극), 리튬 2차전지, 초고용량 커패시터 등의 에너지 저장 소재 응용에 활용하고자 한다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
This proposal aims at maximizing solar energy conversion efficiency of third-generation solar cells by developing new nano-inorganic materials. Moving away from traditional research trends performed in solar cell area, we will explore new innovative materials and provide sight in

Purpose&contents
This proposal aims at maximizing solar energy conversion efficiency of third-generation solar cells by developing new nano-inorganic materials. Moving away from traditional research trends performed in solar cell area, we will explore new innovative materials and provide sight into these materials from the viewpoint of their physical properties including optical, electrochemical, electronic properties. The research includes the development of electrode materials based on transition metal compounds that can replace Pt electrocatalyst and noble metal nanoclusters for new sensitizers, and novel design for photoelectrodes that can promote stability as well as light conversion efficiency.

Result
(1) Transition metal selenides have been developed as a new class of electrocatalyst that can replace Pt for the first time. Also, the relationship between the property of non-stoichiometric compounds and the electrocatalytic activity has been investigated, which provides ways to improve catalytic activity and stability.

(2) New nanostructured TiO₂ that cannot be obtained by traditional approaches has been synthesized by using coordination polymer as a precursor and utilized as a photoelectrode in solar cells.

(3) Multiple-layered photoelectrodes have been designed to maximize light absorption and the newly observed optical properties and charge recombination dynamics have beeb revealed by electrochemical impedance study.

(4) p-type silicon coated with a thin oxide layer has been developed to enhance photostability of the silicon cathode, and the effect of layer thickness on conversion efficiency and stability has been elucidated.

(5) A new visible light sensitizer based on gold nanoclusters has been investigated.
A world high record of 3.8% efficiency has been achieved and the detailed interfacial phenomena have been revealed for the first time.

Expected Contribution
The core technology developed in this research will be patented, so that it could initiate further development of this technology for solar cells. These effrots will take the first step for the commercialization of our technology. Also, all the new materials investigated for solar cell applications in this study will be examined in other energy applications such as fuel cells, lithium-ion battery, and supercapacitor to evaluate its potent as electrode materials.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 16 5. 연구결과의 활용계획 ... 18 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 18 7. 참고문헌 ... 19 8. 연구성과 ... 20 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 30 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 30 11. 기타사항 ... 30끝페이지 ... 30