1차년도 - 전구체 Ag:Bi 비조절 및 올레산 양조절을 통한 균일도 및 표면 원소 비율 최적화 연구를 진행함. - TMS 주입 온도 및 쿨다운 속도 조절을 통한 나노입자 크기 조절로 밴드갭을 조작함. ▶ AgBiS2 양자점 합성법 개선을 통해 밴드갭(1.10eV ~ 1.35eV)을 조절하고 나노입자 균일도(크기 표준편차: <5nm)를 증가시키고자 함. 2차년도 - 액상 표면치환이 기존의 I-보다 수월할 것으로 예상되는 Br- 및 Cl-가 포함된 전구체를 이용해 양자점에 멀티할라이드 표면치환을 할 예정. 추가적으로 카운터 이온 도입(MAI, NaBr, AA등)을 통해 콜로이달 용액의 안정성을 증가시키고자 함. - 용매의 경우 DMF(dimethylformamide)를 이용하며, 박막제작의 용이성을 위해 끓는점이 낮은 용매도 사용할 예정임. (예, chlorobenzene, toluene, chloroform, diethyl ether) - 양자점 (111) 표면에 CTA(cystamine), EDT(ethanedithiol), MA(malonic acid) 등의 유기 리간드를 이중치환하여 양자점의 에너지준위를 조절할 예정임. ▶ 에너지준위를 최대 ~0.5eV까지 자유롭게 조절 가능한 표면치환법을 개발하고, 기존의 고상 표면치환법의 한계를 넘어, 액상 표면치환법을 이용한 양자점 잉크를 개발함. 3차년도 - 빛에 의해 생성된 전하의 확산 거리를 증가시키고 추출 효율을 극대화하기 위해 Type-II 특성을 가지는 벌크이종접합 구조를 설계할 예정임. - SCAPS(solar cell capacitance simulator)를 이용해 양자점 간 계면에서 전하이동 효율을 증가시킬 수 있는 최적의 구조를 설계함. - Lumerical FDTD(finite-difference-time-domain)를 이용해 상호보완적인 흡광을 가질 수 있는 최적의 양자점 밴드갭 조합을 설계 및 변환소자 전체 흡광도를 최대화할 예정. ▶ 위의 두 전략을 동시에 이용해 투명전극/정공수송층/벌크이종접합 광흡수층/정공수송층/전극의 구조로 광전변환효율 8%를 달성코자 함. 4차년도 - 광전변환소자의 부족한 광흡수 보강을 위해 저밴드갭 고분자/단분자를 상부 전하수송층에 도입하고자 함. 이를 위해 AgBiS2양자점과 상호보완적 광흡수를 가지는 Y6(BTP-4F)(~820 nm), IEICO-4F(~850 nm), PBDTTT-DPP (~765 nm), PDTTZ-TT(~800 nm) 등을 도입하고자 함. - 위의 유기물로 p/n 타입 유기 복합 구조를 설계해 짧은 엑시톤 확산 거리의 한계점을 극복하고, 캐스케이드 흡광 스펙트럼으로 구성해 효율적인 에너지수송이 일어날 수 있도록 할 예정임. 이를 통해 22mA/cm2 이상의 광전류를 얻고자 함. - 최종적인 구조는 ITO/ZnO/벌크이종접합 광흡수층/복합 유기 정공수송층/전극의 구조를 제작함. ▶ 궁극적으로 10% 이상의 광전변환효율을 보여주는 친환경 양자 구조체 광전변환소자를 개발함