초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
이 과제의 최종 연구목표는 청정 에너지원으로서의 수소 생산을 위한 광전기화학적 물 분해 소자에 활용 가능한 산화물 반도체 기반 광촉매 전극 소재 및 구조를 최적화하는 전략을 구축하는 것이었다. 요컨대, 최적의 광촉매 전극용 산화물 반도체의 합성 공정을 개발하고 광전기화학적 물 분해 전지 구조를 제작함으로써 태양광 물 분해 소자 성능을 향상하는 방안을 확보하는 것이었다.

○ 전체 내용
전기화학적 태양광 물 분해 소자의 핵심 성분인 두 가지 유형의 반도체 전극, 즉

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
이 과제의 최종 연구목표는 청정 에너지원으로서의 수소 생산을 위한 광전기화학적 물 분해 소자에 활용 가능한 산화물 반도체 기반 광촉매 전극 소재 및 구조를 최적화하는 전략을 구축하는 것이었다. 요컨대, 최적의 광촉매 전극용 산화물 반도체의 합성 공정을 개발하고 광전기화학적 물 분해 전지 구조를 제작함으로써 태양광 물 분해 소자 성능을 향상하는 방안을 확보하는 것이었다.

○ 전체 내용
전기화학적 태양광 물 분해 소자의 핵심 성분인 두 가지 유형의 반도체 전극, 즉 산소 발생 광양극(photoanode) 및 수소 발생 광음극(photoanode) 소재를 합성하고, 전극/전해질 접합의 최적 구조를 탐색하였다. 특히, 광전극용 소재는 지구에서 풍부한 금속 산화물 반도체들을 조합함으로써 구현하고, 전극 구조는 산화물 반도체 이종접합 구조를 검토하였다.

본 과제에서 개발하고자 한 핵심요소 기술들은 다음과 같았다. (1) 적절한 따간격을 갖는 고품질의 n-형 산화물 반도체의 합성 및 (2) p-형 산화물 반도체의 합성, (3) 산화물 반도체 이종접합 구조 제작 및 특성 평가, (4) 광효율성이 높은 산화물 반도체 기반 광양극 및 광음극 소자 제작 및 특성 평가, (5) 전극/전해질 계면 특성의 개질 등이었다.

구체적으로, 1차년도에는 ZnO계 산화물 반도체 광양극 재료를 최적화하는 연구를 수행하였고, 2차년도에는 ZnO 기반 이종접합 구조를 제작하고, 광전극 소자의 태양광 물 분해 특성 향상 방안을 고찰하였다. 3차년도에는 CuO계 산화물 반도체 광음극 재료를 최적화하는 연구를 수행하였고, 4차년도에는 CuO 기반 이종접합 구조를 제작하여 태양광 물 분해 특성을 향상시킬 실험을 진행하였다. 마지막으로, 5차년도에는 산화물 반도체 기반 태양광 물 분해 소자를 최적화하기 위한 근간 기술을 확립하려고 시도하였다.

□ 연구개발성과
우선, 광전기화학적 물 분해용 광촉매 전극 소재로서 ZnO 및 CuO계 나노구조체의 합성 공정 기술을 확립하였다. 둘째, ZnO/Cu₂O p-n 이종접합과 CuO/Cu₂O 이종접합을 중심으로 산화물 반도체 이종접합 구조의 제작 공정 기술을 확립하였다. 마지막으로, 태양광 물 분해용 소자 개발에 있어서 기술적 난제들, 즉 태양광 흡수 특성과 관련된 띠 간격 엔지니어링, 전자-양공 재조합 손실과 전자 수송 특성 개선, 물 산화 및 환원 반응의 운동학적 특성 향상 방안 등을 수립할 수 있는 몇 가지 실마리를 확보하였다.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
기술적 측면에서는 산화물 반도체 이종접합 소자 엔지니어링 기술 향상에 의한 환경/에너지 관련 소자 기술의 발전에 기여함으로써 수소 생산용 태양광 물 분해 소자, 태양전지 및 가사 센서 제품화를 고무할 것이다. 경제산업적 측면에서는 산화물 반도체 이종접합 기술 이전으로 국내 관련 산업 발전과 수입 대체 및 수출 효과 그리고 국내/환경 에너지 소재 및 소자 인력 양성에 기여할 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 5
• 1) 연구수행 결과 ... 5
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 8
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 8
• 6. 참고문헌 ... 8
• 끝페이지 ... 8