초록 ▼

연구개요
금속성의 그래핀과 반도체 성의 실리콘 샷키 접합을 기반으로 한 그래핀/실리콘 샷키 접합 태양전지는 단순한 소자구조를 바탕으로 우수한 가격 경쟁력을 갖추고 있다. 또한, 반도체 소자로 널리 사용되는 실리콘과 뛰어난 물리적, 전기적 특성 및 화학적 내구성을 지닌 그래핀을 기반으로 하기 때문에 우수한 성능 및 안정성을 지닌 태양전지를 구현 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구팀은 광흡수에 특화된 나노패턴 구조체 제어, 그래핀과 실리콘 사이 표면 결함을 억제하기 위한 실리콘 표면개질, 전하 생성 및 이동효율을 향상시키기 위

연구개요
금속성의 그래핀과 반도체 성의 실리콘 샷키 접합을 기반으로 한 그래핀/실리콘 샷키 접합 태양전지는 단순한 소자구조를 바탕으로 우수한 가격 경쟁력을 갖추고 있다. 또한, 반도체 소자로 널리 사용되는 실리콘과 뛰어난 물리적, 전기적 특성 및 화학적 내구성을 지닌 그래핀을 기반으로 하기 때문에 우수한 성능 및 안정성을 지닌 태양전지를 구현 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구팀은 광흡수에 특화된 나노패턴 구조체 제어, 그래핀과 실리콘 사이 표면 결함을 억제하기 위한 실리콘 표면개질, 전하 생성 및 이동효율을 향상시키기 위한 그래핀 특성 최적화를 통한 고효율 그래핀/실리콘 샷키 접합 태양전지를 구현하고 차세대 에너지 시장에서의 경쟁력 제고에 기여 하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 효율적인 광 운용을 위해 식각 공정 방법에 따른 나노 구조체 패턴을 형성 하였으며 최적화된 나노 패턴 구조체를 그래핀/실리콘 샷키 접합 태양전지에 적용하여 광흡수율 증가에 따른 생성된 광전류가 향상됨을 분석하였다. 또한 그래핀과 실리콘 사이 결함을 최소화하기 위해 유기, 무기 물질등 중간층 역할을 극대화 할 수 있는 물질들을 선별하고 두께, 공정과정을 최적화 하였다. 이를 통해 실리콘 표면의 불포화 결합에 의한 전하 재결합을 억제하였으며 샷키 장벽 높이 향상 및 태양전지 개방 전압을 향상 시켰다. 더 나아가 그래핀의 면저항을 낮추고 일함수를 증가 시키기 위해 그래핀을 도핑하였고 그래핀 전도도 향상 폭, 도핑 안정성을 고려하여 산, 고분자 및 금속 나노 입자등 후보군 물질 중 최적화 조건을 선별하여 그래핀/실리콘 샷키접합 태양전지에 그래핀 도핑 방법으로 적용하였다. 본 연구를 통해 최적화한 나노 패턴 구조체, 그래핀과 실리콘 사이 중간층, 도핑된 그래핀을 모두 통합 적용하여 그래핀/실리콘 샷키접합 태양전지의 향상된 광전 변환 효율을 얻었다.

연구개발결과의 중요성
샷키 접합 태양전지는 p-n접합에 비해 간소화된 구조와 제조 공정으로 제작비용 절감의 잠재력을 갖추고 있다. 본 연구 결과로 개발 된 그래핀/실리콘 고효율 샷키 접합 태양전지는 차세대 에너지 시장에서 경쟁력 확보 및 관련 시장의 확대를 통한 에너지 수급 불균형 해소에 기여할 수 있는 원천기술의 중요한 출발점이 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구의 요소 기술인 광흡수를 극대화 하는 나노패턴 구조체 제어 기술, 실리콘 표면 개질을 통한 재결합 억제 기술은 태양전지 뿐 아닌 그래핀/실리콘을 활용하는 발광소자, 광검출기와 같은 광전자 소자를 포함한 다양한 응용분야에 적용 할 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• (1) 효율적 광 운용 및 전하 생성 효율 향상을 위한 소자의 구조적 제어 ... 4
• (2) 실리콘 계면 처리를 통한 전하 이동 제어 및 전하 수송 능력 향상 ... 5
• (3) 저저항 그래핀 최적화 ... 6
• (4) 구조체, 실리콘 계면 제어 기술을 통한 고효율 그래핀/실리콘 샷키 접합 태양전지 제작 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 10