초록 ▼

□ 연구개요
상용화 되어있는 실리콘계 태양전지의 실리콘을 대체할 새로운 광흡수층이 될 수 있는 2차원 전이금속 칼코겐 화합물들(2D transition metal dichalcogenides)을 대량 생산이 용이한 용액 기반 방식으로 합성한다. 합성된 2차원 전이금속 카코겐 화합물들의 광학적 특성을 분석하고, 외부인자들에 의한 양자상전이 현상을 이용하여 특성을 조절한다. 태양전지의 광흡수층으로 최적화 후 태양전지를 제작하고 그 특성을 분석한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 크게 다음과 같은 연구

□ 연구개요
상용화 되어있는 실리콘계 태양전지의 실리콘을 대체할 새로운 광흡수층이 될 수 있는 2차원 전이금속 칼코겐 화합물들(2D transition metal dichalcogenides)을 대량 생산이 용이한 용액 기반 방식으로 합성한다. 합성된 2차원 전이금속 카코겐 화합물들의 광학적 특성을 분석하고, 외부인자들에 의한 양자상전이 현상을 이용하여 특성을 조절한다. 태양전지의 광흡수층으로 최적화 후 태양전지를 제작하고 그 특성을 분석한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 크게 다음과 같은 연구 목표들을 설정하였고, 결과를 얻었다.
1) 대량 생산을 위한 wet chemistry 기반으로 2차원 전이금속 칼코겐 화합물 합성
- capping ligand의 작용기에 따라서 2차원 전이금속 칼코겐 화합물과의 상호작용에 따른 표면 에너지의 안정화 정도는 변화하여 합성되는 물질의 두께와 면적이 결정되며, carboxyl acid를 작용기로 하는 capping ligand를 사용하여 적층을 억제하고, 평면 방향으로의 성장을 유도하였다. 이러한 접근 방식으로 여러 물질 후보들 중에서 태양전지 응용에 적합한 MoS₂, WSe₂, ReS₂를 선정하여 합성 실시하였으며, 분석 기법들을 통하여 성공적으로 2차원 전이금속 칼코겐 화합물이 합성되었음을 확인하였다.
2) 합성한 전이금속 칼코겐 화합물의 특성제어 및 분석
- 전이금속 칼코겐 화합물의 태양전지 응용을 위하여 ①합성 과정에서의 도핑과②후열 처리를 통하여 특성을 제어를 시도하였다. 도핑의 경우, 합성 과정에서는 MoS₂에 Nb를 도핑함으로 이루어졌으며, 후열 처리는 합성된 MoS₂를 Sulfur 분위기 하에서 후열처리 과정을 통해서 그 특성을 향상시켰다.
3) 전이금속 칼코겐 화합물의 대면적 박막제작
- 합성된 전이금속 칼코겐 화합물을 스프레이 코팅 방식으로 균일하게 SiO₂ 기판위에 도포하여 cm 스케일의 필름을 제작하였다.
4) 전이금속 칼코겐 화합물을 활용한 태양전지 제작 및 분석
- MoS₂와 WSe₂는 할라이드 페로브스카이트 태양전지의 흡광층으로 이용하여 향상된 태양전지를 제작하였으며, 그 특성을 분석하였다.
이상의 4가지 세부 연구목표에 대해서 연구 수행 결과 상기와 같은 연구 결과를 도출하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
대면적 2차원 전이금속 칼코겐 화합물의 대량 합성과 이를 응용한 태양전지는 실리콘 태양전지의 단점을 해결할 수 있는 차세대 태양전지로 태양전지 기술 선점 효과가 매우 크며, 앞으로의 청정 에너지의 중요성 증대에 따라서 이러한 효과는 더욱 증가할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 1) 전이금속 칼코겐 화합물의 대량 합성 및 특성 분석 (1차년도) ... 7
• 2) 전이금속 칼코겐 화합물의 특성 제어 및 박막 제작 (2차년도) ... 7
• 3) 전이금속 칼코겐 화합물을 이용한 태양전지 제작 및 분석(3차년도) ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 13
• 대표적 연구실적 ... 17
• 끝페이지 ... 27