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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

강석범 (세종대학교, 세종대학교 대학원)

지도교수
허광
발행연도
2022
저작권
세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

페로브스카이트 실내 광전변환 효율 향상을 위한 ethylenediamine 기반의 표면 결함 부동화 연구
강석범 ,  윤주웅 ,  김창용 외 3명 Current Photovoltaic Research 2023.09 학술저널

2022

결함 제어를 통한 실내 인조광-전기 변환용 페로브스카이트 기반 광전극 개발 연구
강석범 나노신소재공 2022.01 학위논문

초록· 키워드

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최근 정보통신기술의 발달로 사물인터넷 기기가 일상에서 널리 사용되고 있다. 기술의 발달로 사물인터넷 기기에 필요한 소비전력이 줄어들며, 새로운 전원 모듈을 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 새로운 전원 모듈은 사물인터넷 기기의 다양한 폼팩터 변화에 따라 경량화 및 유연화에 초점을 맞춰 연구가 진행되고 있다. 사물인터넷 기기의 동작전압은 약 1.5V, 소비전력은 약 10 μW 수준으로 낮기 때문에 실내 인조광원을 활용한 광전변환 소재 기반 전원모듈 적용 연구가 활발히 진행되고 있다.
LED light source로 대표되는 인조광원은 태양광 대비 0.002배 수준의 매우 적은 광량과 350 ~ 850nm의 좁은 가시광 영역 특성이 있다. 이러한 특성에 맞춘 저조도, 가시광 영역의 광원에 대한 광전변환 소재의 개발이 필요하며 기존의 실리콘 및 화합물 반도체 기반의 광전변환 소재부터 유기물 및 페로브스카이트 기반의 광전변환 소재에 대한 실내 환경 광전변환 연구가 진행되고 있다.
이 중 페로브스카이트 소재는 가시광 영역의 absorption coefficient가 우수하고, 조성 치환을 통해 밴드갭 조절이 용이하며, 결함이 밴드갭 내부에 생성되는 다른 소재와는 달리 결함이 전도대 또는 가전도대 내에 형성되어 결함 내성이 우수해 실내 광전변환 소재로 각광받고 있다. 이러한 소재의 우수성에도 불구하고, 페로브스카이트 기반 광전변환 소재는 이론효율 대비 낮은 개방전압과 광전변환효율의 문제가 있다. 이는 인조 광원의 저조도 특성에 의해 동작 간 소재 내부의 결함의 영향이 원인이다. 많은 인조 광원 광전변환 소재 연구들이 소재 내부의 결함 제어를 위해 연구되고 있다.
본 연구에선 고 효율의 인조 광원 기반 광전변환 소재 연구를 위해 LED 광원을 기반으로 실내 인조광원 환경을 정의하며 상용화 측면에서 측정환경을 조성하고자 하였다. LED 광원의 조도 및 색온도를 제어하며 성능평가를 진행하여 측정 환경을 구체화하는 연구를 진행했다.
이를 통해 LED 광원실내 인조 광원 환경을 정의하고, 소재의 최적 밴드갭을 확인하며, 소재 내 결함을 제어하는 연구를 진행했다.

목차

I. 서론 1
1. 연구 배경 및 목적 1
II. 이론적 배경 4
1. 실내 광전변환 4
1.1. 실내 광원의 특징 4
1.2. 실내 광전변환 소자의 구동의 특징 8
2. 유무기 할라이드 페로브스카이트 14
2.1. 페로브스카이트의 구조적 특성 14
2.2. 페로브스카이트의 밴드갭 특성 17
2.3. 페로브스카이트의 반오비탈 결합 20
III. 연구전략 23
1. 페로브스카이트 기반 광전변환 소재의 개발 전략 23
1.1. 실내 광전변환 측정 환경 설정 23
1.2. 실내 광전변환용 소재의 최적 밴드갭 탐색 24
1.2. 결함 제어를 통한 저조도 광전변환 효율 증대 25
IV. 실험 방법 28
1. 실험준비 28
1.1. 사용재료 28
1.2. 페로브스카이트 전구체 준비 28
1.3. 페로브스카이트 인조광원 소자 제작 29
2. 페로브스카이트 광전변환 소자의 광전기적 특성평가 30
3. 소재 특성 분석 30
V. 결과 및 분석 31
1. 인조광원 기반 측정 환경 구성 31
1.1. 측정환경 시스템 구성 31
1.2. 반사광 제어를 통한 측정 오차 제어 34
1.3. 조도 및 색온도에 따른 광전변환 효율 비교 38
2. 인조광원 특성 기반 밴드갭 최적화 42
2.1. 광원 특성 분석 및 페로브스카이트 소재의 밴드갭 설정 42
2.2. 페로브스카이트 소재의 밴드갭에 따른 소자화 45
3. 결함 제어를 위한 첨가제 적용 53
3.1. PEAI 적용에 따른 특성 변화 53
3.2. Pb(SCN)2 적용에 따른 특성 변화 58
3.3. Co-Additive 적용에 따른 특성 변화 63
VI. 결론 72
참고문헌 75
Abstract 79

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