대면적 2D MoS2 층의 연성 스퍼터링 손으로 그린 이미지는 캔버스 위에 장착된 6인치 실리콘 웨이퍼를 보여주며, IPSD에 의해 2D MoS2 반도체가 코팅되어 있다. H.-K. Kim 교수에 의해 제작된 유화는 강한 자기장 내에 가둔 고립 플라즈마를 나타낸다. 이러한 플라즈마 환경은 MoS2 분자의 증착을 가능하게 하여 실리콘 웨이퍼 위에 균일한 2D 층이 형성되게 한다. 보다 자세한 내용은 Han-Ki Kim 및 공동연구자들의 논문 2414800호에서 확인할 수 있다.

화학-욕액증착(CBD) SnO 2 층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 높은 전자 이동도와 저온 공정을 결합함으로써 주목을 받아왔고, 뛰어난 광전변환 성능을 제공한다. 그러나 CBD의 산성 조건은 전면 투명전극(FTEs)과의 호환성을 제한한다. 본 연구에서는 CBD-SnO 2 기반 PSC와 통합되도록 설계된, 저비용이며 열적으로 안정하고 고투명한 질소 도핑 SnO 2 (NTO) FTE를 개발하였다. 마그네트론 스퍼터링 공정에서 N 도입체의 함량을 정밀하게 제어함으로써, 시트 저항 38.64 Ω/square, 광투과율 86.17%, 매끄러운 표면 형상(1.2 nm), 그리고 기계적 유연성을 갖는 NTO FTE를 얻었다. 또한 SnO 2 에 N을 도핑하면 기존의 Sn-도핑된 In 2 O 3 (ITO) 전극에 비해 더 우수한 열적 및 화학적 안정성이 부여된다. 더불어 SnO 2 전자 수송층(ETL)과의 NTO 에너지 밴드 정합성과 균질한 계면 형성은 중요한 장점이다. 새롭게 개발된 저비용 NTO FTE를 이용한 이러한 다면적 전략을 적용함으로써, 개방전압이 향상되고 에너지 장벽이 없는 특성을 지닌 CBD-SnO 2 기반 PSC를 제작하였다. 최고 전력변환효율 20.43%를 달성하였으며, 캡슐화 없이도 3 000 h 후 초기 효율의 93.30%를 유지한다. SnO 2 ETL과의 결합을 통한 NTO FTE의 적용은 견고하고 장수명인 고성능 PSC의 구현을 위한 발판을 마련한다.

그리고 첨단 센싱 및 전자 기기에서의 적용을 위한 새로운 가능성을 열어준다.

쇼클리–퀘이저 한계를 극복하기 위해, 여러 최적화 및 탠덤 구조 설계 전략을 통해 페로브스카이트 태양전지(PSC)의 효율을 향상시키는 데 초점을 둔 연구들이 진행되어 왔다. 또한 PSC의 성능에 직접적이고 실질적인 영향을 미치는 신흥 투명 전면 전극(TFE)의 중요성이 점차 커지고 있다. 따라서 이러한 효과가 기존 PSC의 성능 향상에 기여하는지 검증하기 위한 추가 연구가 수행되어야 한다. 이에 본 연구에서는 조성 엔지니어링된 산화인듐주석(CE-ITO) TFE를 개발하였으며, 이는 효율적이고 안정적인 PSC에서 상용 ITO(C-ITO; 10 at.% Sn 도핑 ITO)보다 우수한 성능을 보였다. CE-ITO 전극(7.50 at.% Sn 도핑 ITO)은 큰 주상(columnar) 구조와 우수한 열적 안정성을 가지며, 이는 고성능 PSC에 이상적이다. C-ITO에 비해 CE-ITO는 더 매끈한 표면, 더 높은 전도도, 더 낮은 저항률, 그리고 활성층에서의 향상된 광 투과도를 나타낸다. 이러한 특성들은 페로브스카이트 활성 및 전자 수송층의 형성 증대, 활성층 열화의 감소, 그리고 더 낮은 션트 저항에 기여한다. CE-ITO의 다양한 장점은 C-ITO를 최적의 CE-ITO로 단순 치환하는 것만으로 최대 전력 변환 효율 23.35%와 장기 안정성을 갖는 고성능 PSC를 가능하게 한다.

대면적 2D MoS2 층의 연성 스퍼터링 손으로 그린 이미지는 캔버스 위에 장착된 6인치 실리콘 웨이퍼를 보여주며, IPSD에 의해 2D MoS2 반도체가 코팅되어 있다. H.-K. Kim 교수에 의해 제작된 유화는 강한 자기장 내에 가둔 고립 플라즈마를 나타낸다. 이러한 플라즈마 환경은 MoS2 분자의 증착을 가능하게 하여 실리콘 웨이퍼 위에 균일한 2D 층이 형성되게 한다. 보다 자세한 내용은 Han-Ki Kim 및 공동연구자들의 논문 2414800호에서 확인할 수 있다.

화학-욕액증착(CBD) SnO 2 층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 높은 전자 이동도와 저온 공정을 결합함으로써 주목을 받아왔고, 뛰어난 광전변환 성능을 제공한다. 그러나 CBD의 산성 조건은 전면 투명전극(FTEs)과의 호환성을 제한한다. 본 연구에서는 CBD-SnO 2 기반 PSC와 통합되도록 설계된, 저비용이며 열적으로 안정하고 고투명한 질소 도핑 SnO 2 (NTO) FTE를 개발하였다. 마그네트론 스퍼터링 공정에서 N 도입체의 함량을 정밀하게 제어함으로써, 시트 저항 38.64 Ω/square, 광투과율 86.17%, 매끄러운 표면 형상(1.2 nm), 그리고 기계적 유연성을 갖는 NTO FTE를 얻었다. 또한 SnO 2 에 N을 도핑하면 기존의 Sn-도핑된 In 2 O 3 (ITO) 전극에 비해 더 우수한 열적 및 화학적 안정성이 부여된다. 더불어 SnO 2 전자 수송층(ETL)과의 NTO 에너지 밴드 정합성과 균질한 계면 형성은 중요한 장점이다. 새롭게 개발된 저비용 NTO FTE를 이용한 이러한 다면적 전략을 적용함으로써, 개방전압이 향상되고 에너지 장벽이 없는 특성을 지닌 CBD-SnO 2 기반 PSC를 제작하였다. 최고 전력변환효율 20.43%를 달성하였으며, 캡슐화 없이도 3 000 h 후 초기 효율의 93.30%를 유지한다. SnO 2 ETL과의 결합을 통한 NTO FTE의 적용은 견고하고 장수명인 고성능 PSC의 구현을 위한 발판을 마련한다.

그리고 첨단 센싱 및 전자 기기에서의 적용을 위한 새로운 가능성을 열어준다.

쇼클리–퀘이저 한계를 극복하기 위해, 여러 최적화 및 탠덤 구조 설계 전략을 통해 페로브스카이트 태양전지(PSC)의 효율을 향상시키는 데 초점을 둔 연구들이 진행되어 왔다. 또한 PSC의 성능에 직접적이고 실질적인 영향을 미치는 신흥 투명 전면 전극(TFE)의 중요성이 점차 커지고 있다. 따라서 이러한 효과가 기존 PSC의 성능 향상에 기여하는지 검증하기 위한 추가 연구가 수행되어야 한다. 이에 본 연구에서는 조성 엔지니어링된 산화인듐주석(CE-ITO) TFE를 개발하였으며, 이는 효율적이고 안정적인 PSC에서 상용 ITO(C-ITO; 10 at.% Sn 도핑 ITO)보다 우수한 성능을 보였다. CE-ITO 전극(7.50 at.% Sn 도핑 ITO)은 큰 주상(columnar) 구조와 우수한 열적 안정성을 가지며, 이는 고성능 PSC에 이상적이다. C-ITO에 비해 CE-ITO는 더 매끈한 표면, 더 높은 전도도, 더 낮은 저항률, 그리고 활성층에서의 향상된 광 투과도를 나타낸다. 이러한 특성들은 페로브스카이트 활성 및 전자 수송층의 형성 증대, 활성층 열화의 감소, 그리고 더 낮은 션트 저항에 기여한다. CE-ITO의 다양한 장점은 C-ITO를 최적의 CE-ITO로 단순 치환하는 것만으로 최대 전력 변환 효율 23.35%와 장기 안정성을 갖는 고성능 PSC를 가능하게 한다.

투명 전극은 반투명 페로브스카이트 태양전지(ST-PSC)를 구현하기 위한 광학적 투명성을 확보하는 데 필수적이다. 본 연구는 역구조 ST-PSC에서 통상적으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)을 대체할 수 있을 가능성을 검토하기 위해, 전자 수송층(ETL)과 상부 전극 사이에 위치한 갈륨 및 티타늄 도핑 인듐 산화물(IO:GT)을 다룬다. 기존 ITO의 일함수(−4.69 eV)보다 얕은 일함수(−4.23 eV)를 갖는 IO:GT는 슈트키 장벽 형성을 억제하고 ETL/캐소드 계면에서의 전하 수송을 향상시키는 데 기여한다. IO:GT를 채택함으로써 ST-PSC는 전력변환효율(PCE)이 8.59%에서 17.90%로 향상되었으며(인증 17.53%), 평균 가시광 투과율(AVT)은 21.9%로 나타났다. 이는 현재까지 보고된 모든 ST-PSC 중 유사 AVT에서의 최고 기록 PCE이다. 또한, 이들 ST-PSC를 상부 전지로 조합하여 4-단자(터미널) 페로브스카이트–페로브스카이트 탠덤 태양전지를 구현하였고, 23.35%의 높은 PCE를 나타냈다. 아울러, 캡슐화 없이 공기 중에서 1864 h(≈77일) 동안 초기 PCE의 96% 이상을 유지함으로써 ST-PSC의 안정성이 우수함이 확인되었는데, 이는 금속 캐소드를 사용하는 장치보다 더 나은 결과이다. 따라서, 본 결과는 IO:GT의 도입이 선호되는 투명성을 가진 효율적이고 안정적인 역구조 ST-PSC를 위한 유망한 접근 경로가 될 수 있음을 보여준다.

유연하고 고전력 전자기기용으로, 효율적인 열 방출, 강력한 전자기 차폐(EMI shielding), 그리고 신뢰할 수 있는 전기적 절연을 동시에 제공하는 다기능 열전달 계면재료(TIMs)는 매우 바람직하다. 그러나 다층 구조에서 흔히 간과되어 온 핵심 과제인 계면 박리(interfacial delamination)로 인해 장기 신뢰성이 자주 저하된다. 본 연구에서는 설탕 템플릿(sugar templating)을 통한 박리 없는 샌드위치 구조 질화붕소(BN)/그래핀 나노플레이트렛(graphene nanoplatelets, GNP)/폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 복합체를 제작하는 확장 가능한 전략을 제시하고, 이어서 층층이 캐스팅(layer-by-layer casting)과 진공 침투(vacuum infiltration)를 수행하였다. 다공성 BN/PDMS 및 GNP/PDMS 층은 PDMS가 상호 연결된 기공 네트워크 내로 침투하여 고화되도록 함으로써, 계면에서 기계적 맞물림(mechanical interlocking, MIL) 아키텍처의 형성을 촉진한다. 그 결과 표면 기능화나 핫 프레싱(hot pressing) 없이도 강한 층간 접착력을 확보할 수 있다. 최적화된 MIL 복합체(M-BN25/GNP30)는 X-band에서 총 EMI 차폐 효과 34 dB, 횡방향(through-plane) 열전도도 1.10 W·m–1·K–1, 체적 고유저항 2.35 × 1013 Ω·cm를 나타냈다. 비기계적 맞물림(nonmechanical interlocking, NMIL) 대응체(N-BN25/GNP30)와 비교할 때, MIL 구조는 EMI 차폐 효과를 약 21.43% 더 높이고, 열전도도는 약 46.67% 더 높으며, 계면 전단 강도는 약 45.01% 더 크게 향상시킨다. 또한 MIL 복합체는 10,000회의 굽힘 사이클과 1000회의 열 사이클(−20~120 °C) 이후에도 기계적 건전성과 기능적 성능을 유지하며, 관찰 가능한 박리는 없었다. 이러한 결과는 MIL 샌드위치 아키텍처가 유연하고 고전력 전자 응용을 위한 다기능적이며 박리 없는 내구성 TIM을 개발하는 데 견고하고 확장 가능한 접근법임을 보여준다.