초록 ▼

□ 연구개요
유무기 태양전지에서는 금속 나노 입자와 TiO₂ 나노 입자를 혼합하여 제작하는 연구들이 많이 진행되었다. 하지만, TiO₂ 나노 튜브 어레이와 금속 나노 입자를 이용한 태양전지 연구는 미흡한 상태이다. 우선 TiO₂ 나노 튜브 어레이를 이용한 태양전지의 효율이 낮고, 또한 TiO₂ 나노 튜브 어레이 내부에 금속 나노 입자를 도입하는 것이쉽지 않기 때문이다. 본 연구의 목표는 TiO₂ 나노 튜브 어레이 튜브 내부에 금

□ 연구개요
유무기 태양전지에서는 금속 나노 입자와 TiO₂ 나노 입자를 혼합하여 제작하는 연구들이 많이 진행되었다. 하지만, TiO₂ 나노 튜브 어레이와 금속 나노 입자를 이용한 태양전지 연구는 미흡한 상태이다. 우선 TiO₂ 나노 튜브 어레이를 이용한 태양전지의 효율이 낮고, 또한 TiO₂ 나노 튜브 어레이 내부에 금속 나노 입자를 도입하는 것이쉽지 않기 때문이다. 본 연구의 목표는 TiO₂ 나노 튜브 어레이 튜브 내부에 금 나노입자가 도입한 후, 이를 염료감응형 태양전지와 페로브스카이트 태양전지에 적용하여 에너지 변환 효율을 향상시키는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 전기 화학적 증착을 통한 TiO₂ 나노 튜브 어레이에 금 나노 입자 도입
양극산화를 통해 만들어진 TiO₂ 나노 튜브 어레이는 높은 종횡비, 고도로 정돈된 수직적 구조, 빠른 전자 전달 능력을 지니고 있다. 하지만, 플라즈몬 태양전지를 제작하기 위해서 금속 나노 입자를 도입해야 하는데, 합성된 금속 나노 입자를 직접 도입하기는 엔트로피적으로 쉽지 않는 문제를 지니고 있다. 결과 전기 화학적 증착을이용하여 금속 이온을 환원시키게 되면 금속 나노 입자를 TiO₂ 나노 튜브 어레이에 쉽게 도입할 수 있다.

2. 금 나노 입자가 도입된 TiO₂ 나노 튜브 어레이를 이용한 염료감응형 태양전지 제작
금 나노 입자를 TiO₂ 나노 튜브 어레이 전기 화학적 증착을 이용하여 도입하였고, 이를 바탕으로 염료감응형 태양전지를 제작한 결과 태양전지의 효율이 향상되는데, 이는 “charging effect”와 “plasmonic effect”에 의한 결과임을 확인하였다.

3. 금 나노 입자가 도입된 TiO₂ 나노 튜브 어레이를 이용한 페로브스카이트 태양전지 제작
TiO₂ 나노 튜브 어레이를 도입하여 페로브스카이트 태양전지를 제작한 결과 TiO₂ 나노 튜브 어레이에 의해서 전자 전달 능력이 향상되어 페로브스카이트 태양전지 효율이 향상됨을 확인하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
1. 연구 개발 성과의 활용 계획
- 반도체 특성을 지닌 나노 구조 물질에 전기화학적 증착을 통해 금속 나노 입자를 도입하여 기타 유무기 태양전지뿐만 아니라, 광촉매, 저장 장치, 수분해 장치, 그리고 센서 등에 활용할 예정임.
- 전기화학적 증착법을 이용하여 기타 금속 물질을 도입하여 플라즈몬 태양전지 개발에 활용할 예정임.

2. 기대 효과
1 학문적 의미
- TiO2 나노 튜브를 적용한 태양전지의 효율 향상 및 활성화
- TiO2 나노 튜브 내에 다양한 종류의 금속 나노 입자 도입을 제시함
- 태양전지뿐만 아니라, 광촉매 반응, 수소 발생 장치 등 다양한 분야에 응용 가능

2 산업적 의미
- 현재 태양전지 산업의 90% 이상이 실리콘 태양전지가 점유하고 있지만, 효율 대비 발전 단가가 높다는 장점을 지니고 있음. 이를 보완하기 위해서 효율대비 발전단가가 낮은 유/무기 태양전지 활용 비중이 높아질 것으로 기대되고 있음.
- 유/무기 태양전지는 스마트 태양전지에 적합하여, 앞으로 스마트 기계 및 전자 제품에 유용하게 활용될 것이라 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1. 연구 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2-1. 양극 산화를 통한 TiO2 나노 튜브 어레이 합성 ... 6
• 2-2. 금 나노 입자가 도입된 TiO2 나노 튜브 어레이 ... 7
• 2-3. 금 나노 입자가 도입된 TiO2 나노 튜브 어레이의 UV-vis 분광법 ... 8
• 2-4. 금 나노 입자가 도입된 TiO2 나노 튜브 어레이의 결정 분석 ... 8
• 2-5. 금 나노 입자가 도입된 TiO2 나노 튜브 어레이를 이용한 염료감응형 태양전지 제작 ... 9
• 2-6. TiO2 나노 튜브 어레이를 도입한 페로브스카이트 태양전지 제작 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 4-1 학문적 의미 ... 13
• 4-2 산업적 의미 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 5-1. 양극산화를 이용한 TiO2 나노 튜브 어레이 합성 ... 13
• 5-2. 전기화학적 증착법을 통한 금속 나노 입자 합성 ... 13
• 5-3. 플라즈몬 태양전지 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 29