초록 ▼

연구개요
실리콘 solar cell은 빛 에너지를 전기에너지로 변환한다. 실리콘 solar cell에 조사되는 태양광은 자외선, 가시광선, 적외선의 넓은 스펙트럼을 가지며, 실리콘의 bandgap 에너지(1.1 eV, 1100 nm)보다 작은 에너지의 광자는 반사되며, 큰 에너지의 빛은 흡수되어 전기로 변환된다. 흡수된 광자 1개가 1개의 전자를 생산하는 이상적인 경우에 양자효율은 100%가 되지만 에너지 변환 효율은 100% 보다 작으며, 파장이 짧은 자외선과 청색광에 대한 에너지 변환효율은 더욱 낮다. 만약 실리콘 band

연구개요
실리콘 solar cell은 빛 에너지를 전기에너지로 변환한다. 실리콘 solar cell에 조사되는 태양광은 자외선, 가시광선, 적외선의 넓은 스펙트럼을 가지며, 실리콘의 bandgap 에너지(1.1 eV, 1100 nm)보다 작은 에너지의 광자는 반사되며, 큰 에너지의 빛은 흡수되어 전기로 변환된다. 흡수된 광자 1개가 1개의 전자를 생산하는 이상적인 경우에 양자효율은 100%가 되지만 에너지 변환 효율은 100% 보다 작으며, 파장이 짧은 자외선과 청색광에 대한 에너지 변환효율은 더욱 낮다. 만약 실리콘 bandgap 에너지의 2배 이상이 되는 광자 1개를 2개의 광자로 변환할 수 있으면 효율이 24%인 실리콘 solar cell의 효율을 더 높일 수 있다. 이를 위하여 실리콘 solar cell의 무반사 코팅 층에 양자분할의 기능을 첨가하여 효율을 증대하려는 연구가 보고되고 있다. 이와 같이 에너지 변환 효율을 높이는 방법으로 양자분할 현상을 응용하기 위해서는 산화물과 같은 안정한 화합물에서의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 Tb³⁺와 Yb³⁺를 첨가한 산화물 형광체에서의 양자분할을 연구하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구자는 다양한 합성방법을 이용하여 GdVO₄: Yb, Er 및 Y₂O₃: Tm, Er, Yb 등을
합성하고 upconversion 및 downconversion 형광의 특성과 태양전지에 적용가능성을 확인하여 양자분할 연구를 진행하였다. 그 결과 관련 공동연구를 통하여 공동저자로 총 17편의 SCI논문에 게재하였고 국내외 학술대회를 통하여 14편의 논문을 발표하였다. 이러한 연구결과들은 학문적으로 많은 가치를 가질 뿐만 아니라 고효율 태양전지개발을 위한 기초연구가 되며 광자조절 특성을 가지는 물질의 개발을 위한 유용한 정보를 제공하게 될 것이다. 또한 산업체와의 기술이전을 통하여 개발된다면, 사회적 경제적인 측면에서도 많은 도움일 될 것이라 생각한다.

연구개발결과의 중요성
총 연구기간동안 연구자는 다양한 합성방법을 이용하여 포논에너지가 낮고 화학적, 물리적으로 안정된 산화물 모체 물질을 합성하였다. 그 모체물질을 기반으로 희토류 이온이 첨가된 산화물 형광체의 upconversion 형광특성을 조사하여 에너지 전달 과정에 대해 설명하였다. 이러한 결과들을 다수의 SCI 논문 및 국내외 학술대회 발표 등으로 우수성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 Tb³⁺과 Yb³⁺를 첨가한 산화물 형광체를 합성하여 양자분할 과정을 연구하여 양자분할 과정을 이론적 모형을 통하여 설명하고, 이러한 연구는 고효율 태양전지개발을 위한 기초연구가 되며 광자조절 특성을 가지는 물질의 개발을 위한 유용한 정보를 제공하게 될 것이다. 양자분할 물질은 태양전지 이외에도 차세대 디스플레이, x선 검출기, 적외선 검출기, 또한 의료 진단용 형광물질 등 실로 그 수요가 다양하다. 또한 양자분할의 메커니즘 이해는 형광물질의 에너지 전달과정에 대한 학문적 이해에도 기여할 것이다.

(출처 : 요약문 2p)