초록 ▼

□ 연구개요
• 현재 가장 널리 사용되는 실리콘 기반 태양전지는 낮은 유연성 등으로 인하여 유연 소자 및 입는 소자의 에너지 발생 장치로의 응용이 제한적이며, 이를 대체할 수 있는 새로운 개념의 반도체 소재 개발이 요구되고 있음
• 우수한 광흡수 및 유연성을 가진 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalcogenides, TMDs)를 태양전지의 광활성층(photoactive layer)으로 적용하여 2차원 반도체 소재 기반 고효율⋅초박막⋅초경량 태양전지 구현
• 다중층 TMDs 합성, TMD

□ 연구개요
• 현재 가장 널리 사용되는 실리콘 기반 태양전지는 낮은 유연성 등으로 인하여 유연 소자 및 입는 소자의 에너지 발생 장치로의 응용이 제한적이며, 이를 대체할 수 있는 새로운 개념의 반도체 소재 개발이 요구되고 있음
• 우수한 광흡수 및 유연성을 가진 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalcogenides, TMDs)를 태양전지의 광활성층(photoactive layer)으로 적용하여 2차원 반도체 소재 기반 고효율⋅초박막⋅초경량 태양전지 구현
• 다중층 TMDs 합성, TMDs 간 접합부 제어, TMDs 고품질화 및 에너지 레벨 제어 기술 개발 등을 통해 TMDs 광활성층 기반 고효율 태양전지 제작

□ 연구 목표대비 연구결과
• 다중층 TMDs 이종접합 제작의 원천 기술을 개발하고 고효율⋅초박막⋅초경량 태양전지를 구현하는 목표를 달성하고자 함. 세부 연구내용은 다음과 같음.
• 액상 전구체를 이용한 고품질의 다중층 TMDs 박막 합성 기술 개발
－ 액상 전구체 기반 배위자 교환, 화학기상증착 방법을 통해 다양한 종류의 고품질 TMDs (MoSe₂, MoSe₂, WS₂, WSe₂ 등) 합성 기술 개발
－ 액상 전구체의 농도, 코팅 조건의 체계적인 연구를 통해 TMDs 두께를 선택적으로 구현할 수 있는 방법을 확보
－ 금속 촉매 및 microwave를 활용한 고품질 TMDs 합성 기술을 개발하고 고품질 TMDs 합성 과정에서 금속 촉매의 역할 규명
• 다양한 종류의 TMDs 이종접합 합성 및 TMDs 기반 태양전지 제작 기술 개발
－ 고효율 태양전지 제작을 위해 다양한 다중층 TMDs의 두께에 따른 페르미 준위 및 에너지 밴드갭을 고려하여 최적의 TMDs 이종접합 구조 확보
－ 직접 성장 및 습식 전사를 활용하여 결함이 최소화된 균일한 TMDs 이종접합 형성
－ 기존 액상 전구체를 활용한 TMDs 대비 고품질의 TMDs 합성 기술 확보(우수한 전계효과 이동도(16.33 cm² V^-1 s^-1) 및 on/off ratio(~10⁸))
－ 습식 전사 및 직접 성장을 통해 TMDs 기반 p-n 이종접합 형성 후 태양전지의 광활성층으로 적용
• TMDs 광활성층 밴드갭 및 접합부 제어를 통한 태양전지 광전변환효율 향상
－ TMDs 격자 내에 원자 공극 도핑을 도입하여 다중층 TMDs의 에너지 준위, 흡광도, 전기전도도 제어
－ 패터닝된 금속 희생층 및 금속 lift-off 공정을 활용하여 p-n 접합부 계면이 증가된 TMDs 기반 광활성층 제작 기술 개발
－ Molecular doping 기술을 도입하여 다중층 TMDs의 전기적 특성 최적화 및 5.04%의 광전변환효율 달성

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 다중층 TMDs 이종접합 합성 기술은 태양전지뿐 아니라 광검출 소자, 발광다이오드 및 레이저와 같은 다양한 전자소자에 적용이 가능함
• 2차원 반도체 소재 기반 차세대 태양전지 개발은 새로운 에너지 패러다임 구축을 위한 기반이 될 수 있을 뿐 아니라 차세대 에너지 산업구조 개발에 부응하여 산업 전반에 다양한 기여를 할 수 있을 것으로 예상됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구개발의 목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 액상 전구체를 이용한 고품질의 다중층 TMDs 박막 합성 기술 개발 (1차년도) ... 5
• 2) 다양한 종류의 TMDs 이종접합 합성 및 TMDs 기반 태양전지 제작 기술 개발 (2차년도) ... 9
• 3) TMDs 광활성층 밴드갭 및 접합부 제어를 통한 태양전지 광전변환효율 향상 (3차년도) ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 1) 기술적 측면 ... 17
• 2) 경제적⋅산업적 측면 ... 17
• 3) 사회적 측면 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 1) 성과관리 추진 계획 ... 18
• 2) 활용분야, 활용방안 및 추가 연구 ... 18
• 3) 기업화 추진방안, 기술이전 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 36
• 끝페이지 ... 51