금속나노입자의 메조다공성 금속산화물 박막 표면 위 직접 성장과 광전기적 셀에서의 응용에 관한 연구
(가) 메조 다공성 금속산화물 박막 표면에 순차적으로 금속이온 화합물을 흡착시키고 화학적 환원제로 환원시키는 SMIAR (successive metal ion adsorption and reduction) 직접 성장법을 확립하여 다양한 나노금속 입자를 크기별로 성장시킬 수 있음을 보인다.(나) 이렇게 준비된 나노금속 입자들의 조성, 크기, 위치를 조절하여 ...
금속 나노입자
직접성장
광전기화학적 셀
촉매
플라즈몬
2
2022년 2월-2026년 2월
|67,095,000원
금속나노입자의 메조다공성 금속산화물 박막 표면 위 직접 성장과 광전기적 셀에서의 응용에 관한 연구
(가) 메조 다공성 금속산화물 박막 표면에 순차적으로 금속이온 화합물을 흡착시키고 화학적 환원제로 환원시키는 SMIAR (successive metal ion adsorption and reduction) 직접 성장법을 확립하여 다양한 나노금속 입자를 크기별로 성장시킬 수 있음을 보인다.(나) 이렇게 준비된 나노금속 입자들의 조성, 크기, 위치를 조절하여 ...
금속 나노입자
직접성장
광전기화학적 셀
촉매
플라즈몬
3
주관|
2022년 2월-2026년 2월
|115,205,000원
금속나노입자의 메조다공성 금속산화물 박막 표면 위 직접 성장과 광전기적 셀에서의 응용에 관한 연구
- 금(Au)과 은(Ag) 이온 화합물을 용매에 녹이고 전극 표면에 흡착시킬 때 최대한 서로 떨어져 붙는 실험적 조건 찾기
- 화학에서 잘알려진 착물 리간드를 이용하여 흡착 시, 이온 간의 뭉침 현상을 최소화하고, 이를 실험적으로 확인
- 약 2 nm 이하의 금/은 나노입자를 meso-TiO2 박막에 직접성장 시킨 후에 염료나 양자점 같이 광감응제로 작동하는 지를 확인하고 특성 분석 및 태양전지 성능평가 진행.
☞ 첫 번째 단계: 이상적인 광감응 특성이 예상되는 광활성층 화합물 선정
이번 연구를 통하여 준비하고자 하는“금속 칼코게나이드” 화합물은 다음의 성질을 동시에 만족해야 한다;
1) 납이나 카드뮴 같은 독성 원소를 포함하지 않은 환경 친화적 원소로만 이루어져야 한다.
2) 대기 중 수분이나 산소에 대한 안정성이 보장되어야 한다.
3) 가시광과 근적외선 영역의 빛을 흡수하는 밴드 갭을 가지며 광전변환 효율이 우수해야 한다.
이를 만족하는 화합물로 최근에 몇 가지 계산법에 근거하여 이론적으로 제시는 됬지만 아직 구체적이고 실용적인 준비법이 보고되지 않아서 확실한 검증이 되지 않은 BaZrS3, CaZrS3, CaZrSe3, SrZrSe3 등과 같은 페로브스카이트 구조를 가지는 금속 칼코게나이드 화합물을 분자 전구체 용액을 개발하여 간단한 스핀코팅 후 가열하는 과정을 통하여 준비한 후, 고체 및 액체형 태양전지 및 광촉매에 적용하여 이상적인 성질을 보이는 광감응제로서 광전변환 효율 및 그 특성을 연구하고자 한다. BaZrS3 등은 몇 가지 변형 페로브스카이트 구조를 가지며, 구성하는 원소의 조성에 따라 밴드 갭 조절이 가능한 물질들로 제안되어 최근에 관심을 받고 있다.
☞ 두 번째 단계: 선정된 광활성층 준비를 위한 분자전구체 용액 준비 및 특성 분석
이번 연구에서 목표로 한 화합물들은 +2가와 +4가의 금속 이온과 –2가의 칼코게나이드 음이온의 결합으로 이루어져 있으므로, 이들을 포함하는 분자전구체 용액의 효과적인 준비가 필수적이다. 지금까지 박막 태양전지 연구의 대표적 예인 CuIn(Ga)S(Se)2(CIGS)과 Cu2ZnSnS(Se)4(CZTS) 등을 만드는데 산발적으로 적용된 분자전구체 준비법을 조합론적 준비 및 상호 결합을 통하여 각 핵심 원소를 제공하는 분자 소스(molecular source)를 다양하게 준비하고 그들 사이의 영향을 체계적으로 테스트하여 페로브스카이트 결정 구조를 가지는 BaZrS3 등과 같은 금속 칼코게나이드 광활성층을 순차적으로 준비하고 그 특성을 연구한다. 다양한 분자 소스 준비 및 적절한 용매의 선택, 스핀코팅 조건, 적절한 후처리(post-treatment) 가열 과정을 통하여 이상적인 특성을 가지는 금속 칼코게나이드 화합물 광활성층을 준비한다.
☞ 세 번째 단계: 준비된 광활성층 화합물의 응용
이렇게 준비된 ABX3[X = S(sulfide) 또는 Se(selenide)]는 이상적인 광감응제 성질을 가지므로, 태양전지 및 광촉매의 광흡수층으로서 그 성능을 테스트한다. 분자전구체 용액의 농도 조절 및 전자받게/전달층인 금속 산화물 층의 두께 조절을 통하여, 수 나노미터 크기를 가지는 나노 감응제 및 수백 나노미터의 두께를 가지는 벌크 박막을 준비하여 태양전지 광활성층으로서 그 차이 및 각 특성을 연구한다. 금속 칼코게나이드 화합물은 용액상에서도 안정하므로, 용액상에서 산화/환원 반응을 촉진하는 촉매 활성층으로도 사용가능 하리라 예상된다.
☞ 첫 번째 단계: 이상적인 광감응 특성이 예상되는 광활성층 화합물 선정
이번 연구를 통하여 준비하고자 하는“금속 칼코게나이드” 화합물은 다음의 성질을 동시에 만족해야 한다;
1) 납이나 카드뮴 같은 독성 원소를 포함하지 않은 환경 친화적 원소로만 이루어져야 한다.
2) 대기 중 수분이나 산소에 대한 안정성이 보장되어야 한다.
3) 가시광과 근적외선 영역의 빛을 흡수하는 밴드 갭을 가지며 광전변환 효율이 우수해야 한다.
이를 만족하는 화합물로 최근에 몇 가지 계산법에 근거하여 이론적으로 제시는 됬지만 아직 구체적이고 실용적인 준비법이 보고되지 않아서 확실한 검증이 되지 않은 BaZrS3, CaZrS3, CaZrSe3, SrZrSe3 등과 같은 페로브스카이트 구조를 가지는 금속 칼코게나이드 화합물을 분자 전구체 용액을 개발하여 간단한 스핀코팅 후 가열하는 과정을 통하여 준비한 후, 고체 및 액체형 태양전지 및 광촉매에 적용하여 이상적인 성질을 보이는 광감응제로서 광전변환 효율 및 그 특성을 연구하고자 한다. BaZrS3 등은 몇 가지 변형 페로브스카이트 구조를 가지며, 구성하는 원소의 조성에 따라 밴드 갭 조절이 가능한 물질들로 제안되어 최근에 관심을 받고 있다.
☞ 두 번째 단계: 선정된 광활성층 준비를 위한 분자전구체 용액 준비 및 특성 분석
이번 연구에서 목표로 한 화합물들은 +2가와 +4가의 금속 이온과 –2가의 칼코게나이드 음이온의 결합으로 이루어져 있으므로, 이들을 포함하는 분자전구체 용액의 효과적인 준비가 필수적이다. 지금까지 박막 태양전지 연구의 대표적 예인 CuIn(Ga)S(Se)2(CIGS)과 Cu2ZnSnS(Se)4(CZTS) 등을 만드는데 산발적으로 적용된 분자전구체 준비법을 조합론적 준비 및 상호 결합을 통하여 각 핵심 원소를 제공하는 분자 소스(molecular source)를 다양하게 준비하고 그들 사이의 영향을 체계적으로 테스트하여 페로브스카이트 결정 구조를 가지는 BaZrS3 등과 같은 금속 칼코게나이드 광활성층을 순차적으로 준비하고 그 특성을 연구한다. 다양한 분자 소스 준비 및 적절한 용매의 선택, 스핀코팅 조건, 적절한 후처리(post-treatment) 가열 과정을 통하여 이상적인 특성을 가지는 금속 칼코게나이드 화합물 광활성층을 준비한다.
☞ 세 번째 단계: 준비된 광활성층 화합물의 응용
이렇게 준비된 ABX3[X = S(sulfide) 또는 Se(selenide)]는 이상적인 광감응제 성질을 가지므로, 태양전지 및 광촉매의 광흡수층으로서 그 성능을 테스트한다. 분자전구체 용액의 농도 조절 및 전자받게/전달층인 금속 산화물 층의 두께 조절을 통하여, 수 나노미터 크기를 가지는 나노 감응제 및 수백 나노미터의 두께를 가지는 벌크 박막을 준비하여 태양전지 광활성층으로서 그 차이 및 각 특성을 연구한다. 금속 칼코게나이드 화합물은 용액상에서도 안정하므로, 용액상에서 산화/환원 반응을 촉진하는 촉매 활성층으로도 사용가능 하리라 예상된다.