| 학회 |
한국재료학회 |
| 학술대회 |
2017년 봄 (05/17 ~ 05/19, 목포 현대호텔) |
| 권호 |
23권 1호 |
| 발표분야 |
8. 태양광 물분해 광전극 및 광촉매(Photoelectrode and photocatalyst materials for solar water splitting) |
| 제목 |
CuInxGa1-xSeyS2-y Photocathode Synthesized on Transparent Substrate Using a Nonvacuum Process for Water Splitting Hydrogen Production |
| 초록 |
광전기화학적 물분해는 태양광을 에너지원으로 이용해 물을 분해하여 청정에너지인 수소를 생산할 수 있기 때문에 오래 전부터 이산화 탄소의 방출이 없는 에너지 생산 법으로 연구되어왔다. 최근에는 고효율의 광전기화학전지 연구결과가 보고되고 있지만 효율뿐만 아니라 높은 비용과 낮은 수명의 문제로 인하여 아직도 상업화가 완성되지는 못하였다. 그러므로 전기화학 전지에서 가장 중요한 핵심 기술이라고 할 수 있는 광전극의 개발은 아직 완성되지 못하여 여러 후보 물질이 연구 되고 있다. 광전기화학적 수소생산이 가능한 p 형 반도체 광전극의 경우는 전통적으로 Si, InP, GaAs 등의 물질들이 주로 연구 되어왔으나, 최근에는 흡광계수가 높고, 밴드갭 조절이 용이한 CuInxGa1-xSeyS2-y (CIGS) 화합물이 주목 받고 있다. CIGS는 이미 태양전지에 활용되어 많은 연구가 진행 되었으므로 비교적 물성에 대해 많이 알려져 있으나 대부분 co-evaporation으로 알려진 진공을 이용한 방법으로 제작되고 있다. 그러나 CIGS는 흡광계수가 높아 타 p 형 반도체에 비해 얇은 두께만 증착되어도 이론적 효율이 높으므로 이러한 장점을 극대화 시키기 위해서는 투과 가능한 기판 위에 성장시켜 광학적 특성을 활용하고 비진공 기반의 방법을 이용해 가격을 저감시키는 것이 필요하다. 그러나 비진공 조건하에 성장된 CIGS결정은 진공 조건에서 성장되었을 때보다 매우 많은 표면상태 (surface state)를 가지게 된다. 이는 결과적으로 광전기화학적 수소 생산 반응이 억제되므로 이를 효과적으로 제어하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이러한 비진공 조건하에 성장된 CIGS에 방식층을 도입함으로써 surface state가 효과적으로 억제되는 것을 확인 하였으며 co-evaporation 법으로 성장된 CIGS와 같은 수준의 높은 광전류 값이 관찰되었다. 또한 투명 전도성 기판을 사용하여 빛의 조사방향에 따라 각각 달라진 파장별 양자 효율을 관찰하였으며 이로 인해 정공 (hole)의 이동도가 광전기화학적 반응에 영향을 미침을 알 수 있었다. |
| 저자 |
채상윤, 황윤정
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| 소속 |
한국과학기술(연) |
| 키워드 |
<P>CIGS; photocathode; water splitting; hydrogen</P>
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