보고서 정보
주관연구기관 |
아주대학교 Ajou University |
연구책임자 |
조인선
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2023-03 |
과제시작연도 |
2020 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202300008913 |
과제고유번호 |
1711163192 |
사업명 |
개인기초연구(과기정통부) |
DB 구축일자 |
2023-09-27
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키워드 |
태양광-수소.광전기화학 셀.텐덤셀.이종접합.용액-화염 융합공정.Solar-Hydrogne.Photoelectroch emical cells.Tandem cells.Heterojunction.Solf-flame process.
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초록
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□ 연구개요
본 연구과제에서는, 기존 단일셀기반 태양광-수소 셀의 효율/내구성 한계를 극복하고, 더불어 외부 인가전압이 필요 없는 ‘에너지 자립형 고성능 태양광-수소 생산 셀 개발’을 목표로 하였음. 이를 위해, 1) 신규 고활성 광전극 소재 선별/합성/평가, 2) 나노구조/도핑/이종소재접합 연구, 3) 노출 결정면(exposed facet) 제어 연구, 그리고 4) 광산화극/광환원극 Dual-absorber기반 텐덤셀 제작 및 특성 향상 연구를 진행하였음.
□ 연구 목표대비 연구결과
○ 신규 광환원극 소재
□ 연구개요
본 연구과제에서는, 기존 단일셀기반 태양광-수소 셀의 효율/내구성 한계를 극복하고, 더불어 외부 인가전압이 필요 없는 ‘에너지 자립형 고성능 태양광-수소 생산 셀 개발’을 목표로 하였음. 이를 위해, 1) 신규 고활성 광전극 소재 선별/합성/평가, 2) 나노구조/도핑/이종소재접합 연구, 3) 노출 결정면(exposed facet) 제어 연구, 그리고 4) 광산화극/광환원극 Dual-absorber기반 텐덤셀 제작 및 특성 향상 연구를 진행하였음.
□ 연구 목표대비 연구결과
○ 신규 광환원극 소재 선별/합성/평가 및 라이브러리 구축 (1차년도)
- Cu/Bi/B 기반 Spinel, Delafossite, Columbite, Wolframite, Scheelite계 소재 선별, 합성 및 물성 평가
- 신규 고성능 광환원극 소재 라이브러리 구축 및 제조 기술 확보 (2종 이상)
==> 신규 광환원극 소재 합성 기술 확보 (3종), SCI 논문 출판 1편, 특허 1편 출원
○ 고품질 도핑, 나노구조 제어 및 이종접합을 통한 하이브리드화 기술개발(2차년도)
- 도핑 소재 선정 및 반응성 선행조사 (상평형도, 이론 도핑농도, 확산계수)
- 화염공정 제어를 통한 도핑 기술 확립 및 용액공정 기반 나노구조 성장기술 개발
- 이종접합용 소재 후보군 선정 및 이종접합 기술 연구
==> 고품질 합성, 나노구조 및 이종접합 기술 확보 (5종), SCI 논문 출판 5편 (Nano Energy, IF:19.069, JCR 5.072%, 성과 언론 보도), 특허 1편 출원
○ 우선배향 및 노출 결정면 제어 연구 (3차년도)
- 용액 공정 기반 전구체 농도/성장온도/pH/첨가제 제어 연구
- 노출 결정면-특성 향상 상관관계 연구
- 노출 결정면 선택적 촉매 흡착/코팅 기술 연구
- 산화/환원 결정면들의 공간 전하 분리 효과 및 광전기화학 특성 향상 상관성 연구
==> 노출 결정면 제어 및 신규 조촉매 소재 기술 개발, SCI 논문 출판 4편 (Chemical Engineering Journal 1편, IF:16.744, JCR 2.448%), 특허 2편 출원
○ 듀얼 광흡수체기반 텐덤셀 설계 및 최적화 연구 (4차년도)
- 광산화극 및 광환원극 소재 선정 및 광학적/광전기화학적 특성측정/평가기술 확립
- In-situ 전자 dynamics분석/평가 기술 확립 (IMPS, IMVS)
- Dual-absorber구성, 텐덤셀 구현 및 특성 평가
- 고효율/고내구성 텐덤형 태양광-수소 생산 셀 확보 (효율: >1%, 내구성: >100h)
==> 고 내구성 광산화극 구현: 50시간 후 초기 광전류의 96% 유지
==> 고효율 텐덤형 태양광-수소 생산 셀 구현 (효율: 1.1%, 내구성: <1h)
==> 논문출판 총 9편, Adv. Func. Mater. (IF:19.924, JCR 4.658%), J. Energy. Chem. (IF:13.599, JCR 0.685%), Chem. Eng. J. (IF:16.744, JCR2.448%), 특허 1편 출원
□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 본 연구 과제는 신규 나노/반도체/촉매 소재 기술 및 이를 활용한 고성능 광전기 화학 셀 개발에 관한 것으로, 저비용/청정 그린 수소 생산 및 광전기화학 셀 설계 분야에 있어서 핵심/원천 기술 개발이 가능할 것임.
○ 본 연구과제를 통해 얻은 연구/기술 자료는 나노소재기술, 광전극 합성 기술 및 성능향상 핵심 소재기술로써 활용이 가능하고, 텐덤셀 제조, 태양광-수소 특성 및 효율 측정/평가 시스템 구축을 통해 관련 기술 표준화에 기여할 수 있음.
○ 본 과제를 통해 개발된 용액-화염 융합공정기술, 나노 소재/소자 및 소재 라이브러리의 경우 연료전지, 베터리, 광촉매, 및 태양전지와 같은 에너지기술의 성능/특성 향상을 위한 핵심 소재 기술 및 기반 기술로서 사용될 수 있음.
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
- 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
- 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 13
- 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
- 3) 목표 달성 수준 ... 13
- 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
- 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
- 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
- 6. 자체점검표 ... 15
- 7. 참고문헌 ... 15
- [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
- [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 26
- 끝페이지 ... 41
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