초록 ▼

□ 연구개요
1. 광대역 파장 광흡수체 제작
- 기존 이론치를 뛰어넘는 광흡수를 위해 주기적인 나노구조를 갖는 3차원 아키텍쳐를 제작하고 빛-물질 상호간의 공명 모드를 최대화하는 반도체 광흡수체 제작에 관한 연구. ①빛-물질 상호작용을 극대화할 수 있는 지름 및 주기가 제어된 구조 설계 ② 3차원 반도체 나노구조를 제작한 후, 광대역 광흡수체로 적용
2. 전이금속 화합물 조촉매 설계 및 합성
- 이원계 또는 다원계 금속이온(전이금속)의 조합을 통해 전기적·광학적 물성을 제어하여 전이금속 화합물 합성을 통해 ①우

□ 연구개요
1. 광대역 파장 광흡수체 제작
- 기존 이론치를 뛰어넘는 광흡수를 위해 주기적인 나노구조를 갖는 3차원 아키텍쳐를 제작하고 빛-물질 상호간의 공명 모드를 최대화하는 반도체 광흡수체 제작에 관한 연구. ①빛-물질 상호작용을 극대화할 수 있는 지름 및 주기가 제어된 구조 설계 ② 3차원 반도체 나노구조를 제작한 후, 광대역 광흡수체로 적용
2. 전이금속 화합물 조촉매 설계 및 합성
- 이원계 또는 다원계 금속이온(전이금속)의 조합을 통해 전기적·광학적 물성을 제어하여 전이금속 화합물 합성을 통해 ①우수한 산화/환원반응이 용이하며 낮은 과전압을 갖는 에너지 준위 제어가 가능하여 우수한 광․전기촉매 특성을 나타냄. 또한, ② 형상 제어된 나노 구조로 인해 촉매 활성 사이트가 증가하고 이온 및 전하 이동 거리가 짧은 구조를 이용하여 효율적인 촉매 및 에너지 저장 전극으로 활용 가능.
3. 이종 접합 구조 및 탠덤형 셀을 이용한 무전원 수전해 시스템
- 넓은 파장 범위의 광흡수가 가능한 WO₃/BiVO₄를 광양극, 광대역 흡수가 가능한 Si/NiCo hydroxide를 광음극으로 하는 탠덤 구조로 제작함. ①광흡수가 최적화된 구조를 설계, 이러한 광흡수체 상부에 ②Al₂O₃ 및 SiOx 보호층을 형성하여 Fixed charge에 의한 광전압, 광전류 향상, 그리고 광부식 억제에 의한 안정성 향상 ③ HER,OER특성을 동시에 갖는 전이금속 화합물(NiCo hydroxide 등) 을 설계 및 합성하고 이를 각각의 광전극 조촉매로 활용하여 STH효율 3% 이상이며, 최종적으로 저가격․고효율․고안 정성 무전원 수전해 시스템을 구현하는 것이 연구 목표임.

□ 연구 목표대비 연구결과
I. 광대역 파장 광흡수체 제작
- FDTD 시뮬레이션을 이용한 광대역 광흡수체 설계 및 공정 변수 제어를 통한 나노구조 형상 제어
II. 전이금속 화합물 합성 및 성장제어
- 수열합성 조건에 따른 NiCo 수산화물 형상 변화 및 음이온 종류에 따른 메커니즘 규명
- NiCo LDH구조와 CH 구조 및 조성에 따른 전기화학적 특성 상관관계 규명
II. 이종접합 구조 광전극 제작 및 계면 향상
- 지름과 주기가 제어된 실리콘 광흡수체/NiCo hydroxide 이종접합 구조 설계 및 제작
- WO₃/Fe₂O₃ 및 WO₃/BiVO₄ 이종접합 구조 광전극 제작 및 전기화학 특성 평가
- 광흡수 극대화를 위한 반사방지 나노구조체 제작 및 보호층 특성 평가
IV. 다양한 조촉매 합성 및 전기화학 특성평가
- NiCo LDH, NiCo CH 이원계 및 NiCoFe 삼원계 hydroxide 조촉매 합성 및 특성평가
- Bifunctional catalyst 특성을 갖는 Double perovskite oxide 촉매 합성
V. 탠덤형 PEC시스템 제작
- 광양극 및 광음극 구조 최적화 및 STH 효율 2.2%를 갖는 탠덤형 수전해 시스템 개발

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
1. 경제적 기대효과 : 90%이상의 높은 에너지 수입의존도를 해소하고 수소경제를 달성하기 위해 광흡수체를 전극으로 활용하여 그린 수소 생산 구축이 가능하며, 또한 고가 촉매 대신 상대적으로 풍부하고 저렴한 원소를 기반으로 하는 전이금속 화합물과의 이종접합 구조를 이용한 광전기화학적인 방법을 사용함으로써 경제성을 확보함과 동시에 국가원천기술 및 산업 경쟁력향상에 이바지할 것으로 기대됨.
2. 응용분야 및 활용계획 : 본 연구개발성과를 통해 얻은 최적 광흡수체 구조는 태양전지, 광센서 등 광소자에 적용되고, 전이금속 화합물 소재는 리튬이차전지, 슈퍼커패시터에 활용 등 에너지 전극소재에 응용이 가능하므로 반도체, 이차전지가 포함된 국가첨단전략산업 분야에 널리 활용되어 향후 경제적·산업적 파급효과가 클 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 목적 및 필요성 ... 4
• 나. 연구 목표 및 범위 ... 4
• 다. 연구 방향 및 도출근거 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 연차별 수행 내용 ... 5
• 2) 이론적·실험적 접근 방법 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 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) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 15
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 33