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연구개요
산화물 전자전달체를 고체화학적 원리를 바탕으로 설계하고 다양한 물질군을 합성하여 전자전달 특성을 향상시키고자 한다. 성능이 개선된 전자전달체를 다양한 태양전지 디바이스의 전자전달층 또는 접합형 광촉매를 구성하는 기반 구조체로 적용하였다. TiO₂ 기반의 전자전달체 전자이동도를 향상시키고, 새로운 산화물 전자전달 물질을 개발 하고자 하였다. 신규개발한 산화물 전자전달체를 적용하여 태양전지 소자의 효율을 향상시키고, 고효율 광촉매를 구현하고자 하였다.

연구 목표대비 연구결과
산화물 전

연구개요
산화물 전자전달체를 고체화학적 원리를 바탕으로 설계하고 다양한 물질군을 합성하여 전자전달 특성을 향상시키고자 한다. 성능이 개선된 전자전달체를 다양한 태양전지 디바이스의 전자전달층 또는 접합형 광촉매를 구성하는 기반 구조체로 적용하였다. TiO₂ 기반의 전자전달체 전자이동도를 향상시키고, 새로운 산화물 전자전달 물질을 개발 하고자 하였다. 신규개발한 산화물 전자전달체를 적용하여 태양전지 소자의 효율을 향상시키고, 고효율 광촉매를 구현하고자 하였다.

연구 목표대비 연구결과
산화물 전자전달체의 전자전달 현상 연구를 바탕으로 다양한 반도체 산화물 기반의 효율적 전자전달체를 개발하였다.
- TiO₂ 기반의 전자전달체 개선을 목표로 전자전달에 효율적 나노구조체인 TiO₂ 나노막대, 마이크로 튜브 나노플레이트 등을 합성하였으며 이온활동도의 향상을 달성하였다. 특히, 110 nm 길이의 TiO₂ 나노막대를 페로브스카이트 태양전지의 전자전달층 제작에 사용하여 광변환효율 23.18%를 달성하였다.
- 지금까지 전혀 보고된 바 없는 TiO₂ 마이크로튜브 구조를 수열반응을 통해 합성하였으며, 생성 메커니즘을 규명하였다. 특히, 질소가 도핑된 TiO₂ 마이크로튜브는 매우 우수한 가시광 광촉매 활성을 나타내고 전하이동이 매우 효율적인 구조이므로 접합형 가시광 광촉매의 기반물질로 활용이 기대된다.
- (001) 면을 갖는 TiO₂ 나노플레이트를 기반 구조체로 적용한 Pt/TiO₂ 마이크로 튜브/Au@SiO₂는 이산화탄소를 메탄으로 전환시키는 광촉매 반응에 매우 우수한 특성을 나타내었다.
- 알칼리금속 도핑을 통한 TiO₂ 나노입자 표면의 개질화를 시도하였으며 리튬이 도핑된 TiO₂는 전자전달성이 향상되고 광촉매활성이 억제되는 특성을 보인다.
페로브스카이트 태양전지의 전자전달층 적용시 광변환효율이 현저히 향상되고 소자의 빛안정성이 개선될 수 있다.
- SnO₂의 우수한 전자전달 특성을 규명하기위한 1차적인 연구로서, SnO₂와 TiO₂의 두께에 따른 전자전달 특성을 연구하였다. SnO₂ 막의 경우, 15 nm 두께에서 최적의 효율을 나타내었으며, 두께가 두꺼워짐에 따라 광변환효율은 다시 현저히 감소하였다. TiO₂ 막의 경우, 20 nm 부근에서 최적효율을 보이기 시작하고 이것보다 두꺼운 경우에도 광변환효율은 거의 변화가 없었다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
우수한 산화물 전자전달체는 다양한 광전기 소자의 개발에 있어서 핵심적인 역할을 한다. 즉, 페로브스카이트 태양전지의 전자전달체, 염료감응형 태양전지와 양자점 태양전지의 광전극, 그리고 전기변색소자의 전자전달체로 이용되는 등 다양한 응용성이 있다. 본 연구를 통하여 연구개발된 TiO₂ 나노막대, 마이크로 튜브나노플레이트 등은 페로브스카이트 태양전지의 전자전달체 및 다양한 접합형 광촉매의 기반구조체로 중요하게 이용될 수 있으며, 각 소자의 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• ■ 다양한 TiO2 나노막대의 합성 및 태양전지 전자전달체 응용 ... 7
• ■ TiO2 마이크로 튜브의 합성 및 광촉매 응용 ... 9
• ■ Alkali metal-doped TiO2 나노입자의 합성과 전자전달체 응용 ... 11
• ■ SnO2와 TiO2의 전자전달 특성 비교 ... 13
• ■ TiO2 nanoplate의 합성 및 CO2 환원 광촉매반응 적용 ... 15
• ■ WO3 rod array의 전자전달 특성 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 37