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연구개요
· 계산화학을 통해 바이메탈 칼코게나이드 양자점 반도체 소재의 구성원소 종류 및 구성비를 조절하여 다양한 I-V-VI족(ABX₂) 반도체 소재의 합성방법론 구축.
· 확보된 바이메탈 칼코게나이드 양자점 반도체 소재에 유기리간드를 이용하여 물성을 제어하고, 용액상 리간드 교환을 통한 잉크형 반도체 소재 기술 접목.
· 최종적으로 계산화학에 근거한 물성소재 선정 및 특성 라이브러리 구축, 나아가 물 저항성을 갖는 양자점 반도체 소재 기반 고효율 친환경 태양전지 소자 개발.

연구

연구개요
· 계산화학을 통해 바이메탈 칼코게나이드 양자점 반도체 소재의 구성원소 종류 및 구성비를 조절하여 다양한 I-V-VI족(ABX₂) 반도체 소재의 합성방법론 구축.
· 확보된 바이메탈 칼코게나이드 양자점 반도체 소재에 유기리간드를 이용하여 물성을 제어하고, 용액상 리간드 교환을 통한 잉크형 반도체 소재 기술 접목.
· 최종적으로 계산화학에 근거한 물성소재 선정 및 특성 라이브러리 구축, 나아가 물 저항성을 갖는 양자점 반도체 소재 기반 고효율 친환경 태양전지 소자 개발.

연구 목표대비 연구결과
1. ABX₂ 바이메탈 칼코게나이드 반도체합성 및 특성분석 (B원소 및 구성비 변화)
◆ 1000nm 파장의 근적외선 영역대를 포함하는 바이메탈 칼코게나이드 반도체인 AgBiS₂와 CuInSe₂ 양자점을 합성 및 특성 분석.
2. ABX₂ 바이메탈 칼코게나이드 반도체합성 및 특성분석 (A, X원소 및 구성비 변화)
◆ 태양전지의 안정성을 저해하는 광분해효과를 차단과 동시에 효과적인 전자추출 능력을 갖는 InAs 양자점을 합성 및 특성 분석.
3. 유기리간드 치환기술을 통한 반도체 소재 물성 제어
◆ 다양한 유기리간드들을 양자점 소재에 도입, 이에 따라 변화되는 양자점의 전기적, 광학적 및 반도체적 특성 제어 연구를 진행하고 결과 관찰.
4. 잉크형 바이메탈 칼코게나이드 반도체를 이용한 태양전지 소자 제작
◆ AgBiS₂ 양자점의 잉크화를 위해 선정된 리간드의 비율조절을 통해 용액상 리간드 교환과정을 진행하여 새로운 리간드 조합을 통해 잉크형 바이메탈 칼코게나이드 반도체 용액을 확보함.
5. 태양전지 소자 최적화 연구
◆ 잉크형 AgBiS₂ 양자점을 세계 최초로 개발함과 동시에 소자효율 4.08%를 달성.
◆ 유기리간드를 이용하여 양자점의 물성제어를 통해 AgBiS₂ 양자점 박막 태양전지 소자 효율 6.39% 달성.
◆ 전무기물 기반 역구조 AgBiS₂ 태양전지 소자를 세계최초로 구현하여 극한의 대기/열/수중 조건에서 소자의 안정성 확보.
◆ InAs 양자점 박막을 전자수송층으로써 사용하여 태양전지 효율 12.5%를 달성함.
6. 소재구조-특성소자평가 피드백을 통한 최적화된 소재 선별
◆ 기존 합성법과 차별화되는 AgBiS₂ 양자점 합성방법론 개발을 개발하여 energetic disorder 및 bandgap broadening의 최소화 구현.
◆ 다양한 유기리간드를 양자점 반도체 소재에 도입하여 광전기적, 결정학적, 모폴로지 변화를 관찰, 이를 기반으로 소재구조-물성-소자성능 간의 관계 라이브러리 구축.

연구개발결과의 중요성
< 기술적 측면 >
· 차세대 광전자소자의 효율성 및 수명을 높여 다가올 ubiquitous 시대의 새로운 에너지 및 디스플레이/광원 시장 창출이 가능함.
· 용액공정을 통한 저가화 및 대면적화가 용이한 잉크형 바이메탈 칼코게나이드 반도체는 다양한 분야에 응용 가능성이 기대되며, 본 연구를 통하여 소재 및 소자 원천기술 확보는 물론, 양산화를 앞당길 것으로 기대됨.
< 경제적·산업적 측면 >
· 잉크형 바이메탈 칼코게나이드 반도체 소재 합성, 소자 및 공정 기술을 확보하여 추후 소재 및 소자 분야에 연구 투자를 시도하고 있는 기업체와 기술이전을 통해 사업화를 이룰 수 있음.
· 잉크형 바이메탈 칼코게나이드 반도체소재 개발을 통해 소자 제조 단가의 절감은 물론 롤투롤 공정을 이용한 대량 생산이 가능해짐에 따른 신재생 에너지 공급의 안정성을 확보하고 경제적 비용 절감을 기대할 수 있어 일석이조의 효과를 창출할 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 가. 계산화학을 이용한 소재 구조 설계 및 물성 예측 ... 4
• 나. 시뮬레이션을 통해 선별된 바이메탈 칼코게나이드 반도체 소재 합성 및 특성 분석 ... 4
• 다. 잉크형 바이메탈 칼코게나이드 반도체 기반 태양전지의 소자 성능/안정성 최적화 연구 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 8
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 10
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 50