greenmonitor 2017 vol.05 no - :: 고려대학교 kist ... · •이관영|...

• Facile Sintering of MoS₂Counter Electrode Using Near-IR Pulsed LaserSintering for the High Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells …………… 8

• 고민재 | KIST 광전하이브리드연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Pyrite-Based Bi-functional Layer for Long-term Stability and HighEfficiency of CH₃NH₃PbI₃Perovskite Solar Cells ……………………………… 10

• 고민재 | KIST 광전하이브리드연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Nitrogen-doped Graphene-wrapped Iron Nano Fragments for High-performance Oxygen Reduction Electrocatalysts …………………………… 12

• 김진영 | KIST 연료전지연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Enhanced Photocurrents with ZnS Passivated Cu(In,Ga)(Se,S)₂PhotocathodesSynthesized Using a Nonvacuum Process for Solar Water Splitting……………… 14

• 민병권 | KIST 청정에너지연구센터 센터장 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Observation of Locally Stable Oxygen Species on Nanostructured Silverfor Electrochemical CO₂Reduction ………………………………………………… 16


• Synthesis of the Solution-Processed Wide Band-Gap ChalcopyriteCuGa(S,Se)₂Thin Film and its Application to Photovoltaics……………… 18


• Effects of Backbone Planarity and Tightly Packed Alkyl Chains in theDonor-Acceptor Polymers for High Photostability …………………………… 20

• 손해정 | KIST 광전하이브리드연구센터 선임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

GREEN MONITOR기술·정책 리뷰 2017 VOL.05 NO.1

연구성과-(4~54) 2017.2.9 8:38 PM 페이지004 NO.3 2400-175-mono

Ⅱ

연구성과

• Synergistic Effects of Solvent and Polymer Additives on Solar CellPerformance and Stability of Small Molecular Bulk Heterojunction SolarCells ……………………………………………………………………………………………… 22

• 손해정 | KIST 광전하이브리드연구센터 선임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Photosynthetic Production of Squalene from CO₂by Metabolically-engineered Cyanobacteria ……………………………………………………………… 24

• 이선미 | KIST 청정에너지연구센터 선임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Suppressed Formation of Conductive Phases in One-pot Electro-depositedCuInSe2 by Tuning Se Concentration in Aqueous Electrolytes ………… 26

• 이도권 | KIST 광전하이브리드연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Application of Carbon Foam as Adsorbent for Heavy Metal Removal fromIndustrial Plating Wastewater…………………………………………………………………… 28

• 이상협 | KIST 물자원순환연구단 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• One-pot Catalytic Reaction to Produce High-carbon-number DimericDeoxygenated Hydrocarbons from Lignin-derived MonophenylVanillin Using Al₂O₃-cogelled Ru Nanoparticles …………………………… 32

• 하정명 | KIST 청정에너지연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Analysis of Aluminum Back Surface Field at Different WaferSpecifications ………………………………………………………………………………… 34

• 강윤묵 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수


• Effects of Annealing on Firing Stability of a Al₂O₃/SiNx StackPassivation Layer for Crystalline Silicon Solar Cells………………………… 36

• 강윤묵 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Electric-Field-Induced Degradation of Methylammonium Lead IodidePerovskite Solar Cells……………………………………………………………………… 39

• 김동환 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• MAPbI₃Perovskite Solar Cells Prepared via a Modified SequentialDeposition Process ………………………………………………………………………… 42

• 김동환 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Enzyme Precipitate Coating of Pyranose Oxidase on Carbon Nanotubesand Their Electrochemical Applications…………………………………………… 46

• 김중배 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Fabrication of Enzyme-based Coatings on Intact Multi-walled CarbonNanotubes as Highly Effective Electrodes in Biofuel Cells ……………… 51

• 김중배 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Highly Dispersed Pd Catalysts Prepared by a Sonochemical Method forthe Direct Synthesis of Hydrogen Peroxide……………………………………… 55

• 이관영 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Hydrocracking of Vacuum Residue Using NiWS(x) Dispersed Catalysts………………………………………………………………………………………… 58

• 이관영 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

GREEN MONITOR기술·정책 리뷰 2017 VOL.05 NO.1


Ⅱ

• Effect of Acceleration Voltage on Phosphorus Implanted Emitter …… 63• 이해석 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• UV Degradation and Recovery of Perovskite Solar Cells ………………… 67• 이해석 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Regional Environmental Kuznets Curves and their Turning Points for Air Pollutants in Korea………………………………………………………………… 71

• 강성진 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• Global Competitiveness Analysis of Energy Storage System: Model and Index ………………………………………………………………………………………… 75

• 김경남 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

• 사회연결망 분석을 활용한 한국 환경 NGO와 기업 간 협력구조 연구: 자원의존인가, 녹색의 색조 차이인가? …………………………………………………………………………… 78

• 김성진 | 고려대학교 그린스쿨대학원 연구교수

• 파리기후체제는 효과적으로 작동할 것인가? ………………………………………………… 81• 김성진 | 고려대학교 그린스쿨대학원 연구교수


초록

이황화몰리브덴(MoS2)는낮은가격과우수한촉매특성으로인해, 염료감응태양전지의백금상

대전극을대체할재료로각광받고있다. 그러나, MoS2는장시간의열처리공정을필요로하며비활

성기체하에서공정이진행되어야하는한계를가지고있었다. 이를극복하기위해, 기존의열처리

소결대신근적외선레이저를이용한소결방법을고안하여, 이황화몰리브덴상대전극에적용하였

다. 본연구는근적외선레이저소결에따른이황화몰리브덴의특성변화에대해연구하였으며, 이

황화몰리브덴상대전극이근적외선레이저소결을통해열처리소결보다시간을단축하면서도백

금과비교할만한효율을얻을수있음을관찰하였다.

결과 및 토의

그림과같이열소결과레이저소결을각각적용하였을때, 열소결에서는산화몰리브덴(MoO3)의

형성을관찰할수있으나, 레이저소결에서는산화몰리브덴의형성없이뚜렷한이황화몰리브덴결

정피크를관찰할수있다. 또한, 순환전압전류법(CV)을이용하여산화환원피크를확인하였을때,

레이저소결과열소결한전극간에유사한산화환원피크를관찰할수있다.

레이저소결의경우, 열소결한경우보다도가시광선대역(400~700nm)에서향상된분광응답특

성을보여주며, 장파장대역(＞670nm)에서의증가는상대전극에서의산란효과에의해발생함을확

인할수있었다. 따라서, 전압-전류곡선에서도레이저소결한경우가열소결한경우보다도우수한

008 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Facile Sintering of MoS2 Counter Electrode Using Near-IRPulsed Laser Sintering for the High Efficiency

Dye-Sensitized Solar Cells*

고 민 재 | KIST 광전하이브리드연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Min Jae Ko (Corresponding author) et al., Journal of Power Sources, 2016, 330: 104-110.


특성을보여주며, 백금전극과도효율차이가거의없음을확인할수있다.

결론

이황화몰리브덴전극에근적외선레이저를조사하여소결함으로써, 열소결방법보다도시간을

단축시키면서산화물의형성없이결정성을향상시킬수있게되었다. 이를통해, 특성의열화없이

우수한성능을가지는염료감응태양전지를제조할수있었다.

고려대학교 | KIST _ 009

GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정

(가) (나)

(다) (라)


초록

CH3NH

3PbI

3페로브스카이트태양전지는용액및저온공정으로제조가가능하기때문에제조비

용이저렴하고효율이높은장점이있다. 그러나페로브스카이트태양전지에서기존에사용되는

정공수송체는가격이매우비싸기때문에상업화에어려움이있다. 또한페로브스카이트구조체는

공기중의수분에도열화가될정도로수분반응성이크기때문에장기안정성이떨어지는문제점

이있다. 이러한단점을보안하기위해가격이저렴하고친환경적인황철석기반의정공수송층를

도입하였고소수성작용기를적용하여수분으로부터페로브스카이트구조체를보호하여장기간

안정적으로구동하는고효율페로브스카이트태양전지를개발하였다.

결과 및 토의

010 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Pyrite-Based Bi-functional Layer for Long-term Stabilityand High Efficiency of CH3NH3PbI3

Perovskite Solar Cells*

고 민 재 | KIST 광전하이브리드연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Min Jae Ko (Corresponding author) et al., Advanced Functional Materials, 2016, 26(30): 5400-5407.

(가) (나)



GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정

그림 (가)와같이소수성작용기로치환한황철석나노입자를합성하였고, 합성된나노입자박

막을제작한결과기존에일반적으로사용되던정공수송층(Spiro-OMeTaD)에비해소수성을가지는

것을확인하였다 (나).

합성된황철석나노입자정공수송층기반으로페로브스카이트소자를제작하였고 (다), 상대습

도 50%에서 1000시간후에도안정적으로구동하는수분안정성을가져소수성황철석나노입자는

Spiro-OMeTaD와달리소자구동의높은수분안정성을보여주었다 (라).

결론

소수성작용기를적용한황철석나노입자는수분침투를막아주면서기존의정공수송체와비슷

한정공수송능력을갖기때문에고성능페로브스카이트태양전지의안정성을향상시킬수있었다.

(라)(다)

Time [h] Time [h]


초록

연료전지성능측정용산소환원반응(Oxygen Reduction Reaction; ORR)에서철(Fe)이나코발트(Co)

와같은전이금속은높은이론적환원전위활성값과낮은가격때문에유망한촉매물질로알려져

있다. 하지만낮은효율및안정성으로인해 ORR에서귀금속촉매물질을대체하기에는아직문제

점이 있기에 새로운 전략이 필요하다. 본 연구에서는, 산화철(Fe2O

3) 마이크로 입자와 멜라민

(Melamine)으로 둘러싸인 산화-그라핀(Graphene oxide)의 열처리로 만든 N(nitrogen)이, 도핑된

(Doped) 그라핀층으로다시둘러싸여형성된포도송이모양(Aciniform)의철(Fe) 입자에대해연구

하였다.

결과 및 토의

012 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Nitrogen-doped Graphene-wrapped Iron NanoFragments for High-performance Oxygen Reduction

Electrocatalysts*

김 진 영 | KIST 연료전지연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Jin Young Kim (Corresponding author) et al., Journal of Nanoparticle Research, 2017, In Press.


그림과같이촉매의조성을달리하였을때 XRD(X-Ray Diffraction)의값으로조성을확인해볼수

있다.

TEM과 SEM 이미지로촉매의모폴로지와그라핀이철에도핑된형태등을관찰할수있고, EDS

를통하여원소매핑을볼수있다. 그리고 XPS(X-ray Proto Electron Spectrometry)를통해원소들의연

결형태또한볼수있다.

Oxygen Reduction Reaction(ORR) 실험을통해연료전지촉매로서의성능이상용촉매인 Pt/C와비

슷한것을알수있고, Rotating Ring Disk Electrode(RRDE)를통하여 4전자반응이라는것또한알수

있다. Accelerated Degradation Test(ADT)로열화테스트를진행시성능감소가거의없다는것또한

알수있다.

결론

Fe@N-G 시료의좋은안정성은얇은그라핀층이반응하는촉매를 4전자반응을할수있도록유

지시켜주기때문이다. Pt/C 촉매의 Pt 나노입자들과는달리, 촉매의표면적이줄지않고, Fe 촉매

입자는카본의흑연화로인해더욱안정성을상승시킬수있다는것을본연구에서밝혀냈다.


GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정


초록

연황셀레늄화구리인듐갈륨(CuInxGa

1-xS

ySe

2-y, CIGS)은태양광물분해를위한 P형반도체로서밴

드갭의조절이용이하고, 가시광선의흡수가가능하므로우수한주요후보물질로관심을받고있

다. 그러나주로고진공과고가의설비를요구하는공정으로제작되었기에, 필연적으로대량생산

에부적합하며상업화에어려움을겪고있는합성법위주로개발이되어왔다. 본연구에서는생산

비용이싸고대량생산이용이한용액기반의방법으로 CIGS를투명전극위에제작하고, CIGS의광

전기화학적촉매특성을분석함으로써성능향상에기여하였다. 황화아연방식층을적용하여태양

광의물분해성능을기존의고진공을이용한CIGS 수준으로대폭높였다.

결과 및 토의

014 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Enhanced Photocurrents with ZnS Passivated Cu(In,Ga)(Se,S)2Photocathodes Synthesized Using a Nonvacuum Process for

Solar Water Splitting*

민 병 권 | KIST 청정에너지연구센터 센터장 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Byoung Koun Min (Corresponding author) et al., Journal of the American Chemical Society, 2016, 138(48): 15673-15681.


열처리조건을조절하여황과셀레늄의조성비를조절한후각각의태양광의물분해특성을살

펴본결과, 크게차이가났으며전기화학적분석을통해각각의반도체의표면상태(Surface state)가

특성에큰영향을미침을알수있었다. 이러한표면상태는전자-정공쌍의재결합을유발하여성능

을감소시키므로, 황화아연방식층을코팅하여재결합을억제하였다. 그결과, 기존의광전류로부

터 1.5배향상된결과를확인할수있었고황화아연층을보호막(Passivation layer)으로사용한표면

상태의제어를통해성능을추가적으로향상시킬수있었다.

또한CIGS에서성능을억제하는또하나의요인은전자의확산길이(Diffusion length)로써, 빛을전

면과후면으로조사했을때파장별양자효율의경향이달라지는것으로이를확인할수있다.

결론

용액공정으로제작한반도체의경우원치않는고밀도의표면상태의존재로태양광물분해성

능이감소한다는것을확인하였으며, 이는황화아연층을도입함으로써해결할수있다. 또한전자

의확산길이가성능에미치는효과역시확인되어, 앞으로탠덤형구조의디바이스디자인에유용

하게활용될수있을것으로전망된다.


GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정

(c)1μm

(d)600mm

PCE(%

)

PCE(%

)


초록

연황전기화학처리로 Ag 표면을나노구조화하여각조건의전기화학적 CO2환원반응활성을

평가하였다. 수용액전해질에서일어나는 H2생산경쟁반응을억제시키면서 CO 생산활성을높여

서낮은과전압에서의선택적인 CO2환원반응을개발하였다. Auger 및 KPFM-coupled AFM 분석결

과, 높은활성을보인Ag 나노구조에서안정한표면Oxygen이관찰되었다. O K-edge NEXAFS에의하

면전기화학처리된 Ag 표면에서 CO 생산의 Intermediate가높게측정되었고, 처리를안한 Ag Foil에

비해 -OH intermediate가낮게측정된것을확인할수있어, 이러한연구결과는활성자리규명에도

움이될것으로기대한다.

결과 및 토의

016 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Observation of Locally Stable Oxygen Species onNanostructured Silver for Electrochemical CO2 Reduction*


Byoung Koun Min (Corresponding author) et al., Catalysis Today, 2016, Online Published.


위그림과같이 Ag Foil이전기화학처리를거치면낮은과전압에서 CO의패러데이효율이증가

한다. CO2환원활성이높은샘플에서 Ag

4,5VV Auger Signal이없어표면의 Oxygen이 Ag 표면에존재

함을알수있다. 그리고CO2환원반응전후비교하면CO

2활성이높은표면에서Auger Signal이나타

나지않았기때문에 Surface Oxygen이안정적이라는것을알수있다.

KPFM-coupled AFM을보면 Surface Oxygen을의미하는Work Function Peak이나노구조Morphology

에의존하고, CO2환원반응후에는높은활성을보인샘플에서만유지된다. Ag Foil에전기화학표면

처리를하게되면, NEXAFS에서 -OH 흡착구조에해당하는 Peak은줄어들면서 CO의생산에기여하

는COOH Intermediate의 Interaction이증가하는것을관찰할수있다.

결론

전기화학적CO2환원연구의주요추세에서는나노구조의중요성이많이강조되지만, 본연구에

서는 전기화학 처리된 Ag 전기촉매를 예로 삼아 나노구조 외에도 CO2활성에 기여하는 Stable

Surface Oxygen이라는요인을제안했다.


GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정


초록

저가전구체용액코팅법과열처리를이용하여, Wide Band-Gap Chalcopyrite CuGa(S,Se)2

(CGSSe)

박막을제조하였다. 특성분석을통해 S와 Se의비율이거의동일한wide band-gap chalcopyrite 다결

정박막이잘합성되었음을확인하였다. 합성된 CGSSe 박막을전형적인박막태양전지의흡수층

(Absorber)으로활용하였고, 태양전지의성능을분석하였다. 분석결과, Wide Band-Gap (2.11eV) 특성

에비해낮은광전압을확인하였다. 이러한손실은 CGSSe/CdS 접합에서부적합한밴드구조가형성

되어 재결합을 촉진하였기 때문이다. 이를 개선하기 위해서는 대체 버퍼층을 활용하여, CBM이

CGSSe 흡수층보다약간높은밴드구조인‘Spike’(0.1eV＜ΔEc＜0.4eV) 구조를형성해야한다.

결과 및 토의

018 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Byoung Koun Min (Corresponding author) et al., Thin Solid Films, Jan. 2017, 621: 70-75.

Synthesis of the Solution-Processed Wide Band-GapChalcopyrite CuGa(S,Se)2 Thin Film and its Application

to Photovoltaics*



왼쪽그림과같이용액공정및추가적인열처리공정을통해 CGSSe 박막을제조하였으며, XRD

로 (112) Peak을 분석한 결과, CGSe와 CGS 사이에 Peak이 존재함으로써, S과 Se가 모두 포함된

Chalcopyrite CGSSe 박막이잘합성되었음을확인할수있다.

UV-vis 분석을통해약 2.11eV의Wide Band-Gap을확인하였고, 박막태양전지구조로흡수층성능

을확인결과, 약 0.52V의개방전압을확인하였다. 이러한전압의손실은 CdS와의부적합한 Cliff 형

태의 P-N접합에의해재결합손실이크게작용하였기때문이다. 이를최소화하기위해서는 Zn(O,S)

또는 (Cd,Zn)S와같이 CdS에비해높은 CBM을가지는대체버퍼층을사용하여 Spike 구조의 P-N 접

합을형성해야한다.

결론

용액공정을이용하여Wide Band-Gap Chalcopyrite CuGa(S,Se)2박막을제조하였으며, 이를박막태

양전지에적용한결과큰전압의손실이발생함을확인하였다. 이는 CGSSe/CdS 접합에서발생하는

큰Cliff 구조에기인하며, 이를최소화하기위해서는Zn(O,S) 또는 (Cd,Zn)S 와같은대체버퍼층을활

용하여이상적인밴드구조인 Spike P-N 접합구조를형성해야한다.


GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정

(a) (b)


초록

최근활발한유기태양전지활성층연구의결과로 8% 이상의높은광전변환효율을획득할수있

는많은주게-받게고분자들이보고되고있다. 하지만이고분자들은대부분빛과산소에대한안정

성 문제를 내포하고 있다. 이에 본 연구에서는 광안정성이 뛰어난 DTBDT를 주게로, 그리고 BZ,

BZF, BZF2를받게로사용한세고분자 PDTBDT-BZ, BZF, BZF2를합성하였다. 이고분자들을사용한

소자의경우최고 8.08%의높은효율을얻어내었으며, 널리연구되고있는 PTB7 고분자와비교하여

뛰어난광안정성을획득하였다.

결과 및 토의

020 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Hae Jung Son (Corresponding author) et al., Macromolecules, Oct. 11. 2016, 20(49): 7844-7856.

Effects of Backbone Planarity and Tightly Packed AlkylChains in the Donor-Acceptor Polymers for High

Photostability*

손 해 정 | KIST 광전하이브리드연구센터 선임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수


그림과같은방법으로 PDTBDT-BZ, BZF, BZF2세고분자를합성하였다. DFT 계산결과이고분자

들은 5°이하의이면각(dihedral angle)을갖는매우평평한주사슬(Backbone)의구조임을확인할수

있었다. GIXD 확인 결과, D-Spacing 값이 21Å으로 -C12

H23

Alkyl Side Chain에 비해 작아서 빽빽한

Packing을하고있는것을확인하였다.

PDTBDT-BZ, BZF, BZF2세고분자를광활성층으로사용한 Inverted 소자의경우각각 5.54, 7.42,

5.46%의효율을획득하였으며, V-groove Film을적용하였을경우 PDTBDT-BZF 소자가 8.08%의최고

효율을나타내었다. 범용적으로연구되고있는 PTB7과의광안정성비교연구결과, 7시간의 1-SUN

상태에노출시켰을경우최초흡수율대비 PTB7은 3.9%, 세고분자들은 24%이상의높은UV-visible흡

수율을유지하고있었다. 필름상태의세고분자광안정성테스트결과, 10시간의 1-SUN상태에서의

노출에서도 90%이상의높은UV-visible 흡수율을유지하는것이관찰되었다.

결론

높은광안정성을가진 DTBDT주게와 BZ, BZF, BZF2받게를사용하여새로운고분자활성층물질

을합성하였다. 이고분자물질들은매우평평한주사슬과빽빽한 Packing을통하여높은효율과광

안정성을획득할수있었다.


GREEN MONITOR

Ⅰ. 권

두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

집Ⅴ. 국

내외

정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정


초록

p-DTS(FBTTh2)2:PC71BM을 Active Layer로사용하는저분자태양전지는 p-DTS(FBTTh

2)2주게 Phase

의 Aggregation으로인한문제점을가지고있으며, 장기안정성확보의문제점을내포하고있다. 본

연구에서는이를극복하고자소량의 1,8-Diiodooctane(DIO)와 PCDTBT 고분자첨가제를적용하였고,

Morphology를개선하여이를극복하고자하였다. 0.4% DIO와 2% PCDTBT를도입하였을경우최고

8.13%의효율을얻었으며, 열안정성의증가또한관찰할수있었다.

결과 및 토의

022 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Hae Jung Son (Corresponding author) et al., Journal of Materials Chemistry A, Oct. 03. 2016, 4(47): 18383-18391.

Synergistic Effects of Solvent and Polymer Additives onSolar Cell Performance and Stability of Small Molecular

Bulk Heterojunction Solar Cells*

손 해 정 | KIST 광전하이브리드연구센터 선임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수


DIO (0.4-3 v/v%)와 PCDTBT (2-20 w%)를적용하여그림과같은구조로저분자태양전지소자를제

작하였을때 6.68-8.13%의효율을획득하였다. 110℃에서의열안정성테스트결과, DIO만사용하였

을경우에초기효율의 26%를나타내던소자가 PCDTBT 고분자첨가제를사용하였을경우에는 3시

간이후 60%를유지하는현상이확인되었다. 65℃/85% 상대습도테스트결과, 1000시간이후초기효

율대비 89%의높은안정성을나타내었다.

광활성층의 TEM 이미지확인결과사용된 PCDTBT의영향으로 Donor의과한 Aggregation이저해

되었으며, Donor와 Acceptor 사이의효과적인 Network가형성되는것이관찰되었다. GIXD를통한

광활성층확인결과고분자첨가제를사용한경우그렇지않은경우보다 Face-on Orientation의비율

이더증가되어효과적인Charge Generation과 Transport에영향을주는것이관찰되었다.

결론

본연구에서는저분자태양전지에소량의 DIO와적정량의고분자첨가제를사용하여효과적인

Morphology Control을할수있다는것을밝혀내었다. 이를통하여고효율과열안정성이동시에확

보되는저분자태양전지를제작할수있었다.


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두칼럼

ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

Ⅲ. 연

구논단

Ⅳ. 특

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정책·기술

동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정


초록

지구온난화및환경오염이심각해짐에따라지속가능한바이오매스에대한관심이높아지고있

다. 최근각광을받고바이오매스중에서도세포공장이라일컬어지는시아노박테리아는이산화탄

소를고효율로광전환하여바이오연료및탈석유화제품을생산해낼수있다. 본연구에서는유전

자조작과대사공학적접근을통하여항산화제, 화장품원료, 건강보조식품, 의료품제등의생산에

이용되는스쿠알렌을생산할수있는시아노박테리아균주를개발하였다.

결과 및 토의

024 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Photosynthetic Production of Squalene from CO2by Metabolically-engineered Cyanobacteria*

이 선 미 | KIST 청정에너지연구센터 선임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Sun-Mi Lee (Corresponding author) et al., Biotechnology for Biofuels, Sep. 2016, 9: 202.


위 그림에서 보는 바와 같이 시아노박테리아에 스쿠알렌 생산경로를 구축하기 위하여

Saccharomyces cerevisiae 유래의 SQS(Squalene Synthase)를 도입하였으며, 다양한 조합으로

MEP(methylerythritol phosphate) 대사경로의유전자를과발현하여스쿠알렌생산능이향상된시아노

박테리아재조합균주를개발하였다.

재조합시아노박테리아균주중 dxs, dxr, ispA 를과발현시킨균주의경우 4.98 mg/L/OD730의스

쿠알렌을생산하여가장높은스쿠알렌생산량을보였다. 이는현재까지보고된스쿠알렌생산량

보다 7.3배가높은양이다.

결론

대사공학적 접근으로 MEP 대사흐름을 증가시켜 시아노박테리아의 이산화탄소 광전환효율을

높임으로서스쿠알렌생산능이향상된시아노박테리아균주를개발할수있었다. 이는스쿠알렌

뿐아니라MEP 대사경로를기반으로한타바이오소재생산균주의개발에응용할수있을것으로

기대된다.


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a b

Time (d)


초록

CuInSe2(CISe) 박막태양전지를제조하는방법중의하나인One-pot 전착법은광흡수층구성성분

에모두하나의전해질용액을넣고전도성기판과상대전극으로이루어진전기화학셀양쪽에전

압또는전류를인가해박막을성막하는방법으로, 공정이매우단순한반면, 각이온의환원전위

가매우중요한변수로작용한다. 특히, 환원준위가높은 Cu가상대적으로빠르게전착되고 Cu-Se

이차상이생겨태양전지효율을저하시키는요인으로작용한다. 본연구에서는, One-pot 전착법의

조성변수조절을통해전착기반 CISe 소자에서자주관찰되는전도성이큰이차상형성문제를완

화시키고자하였다. 전착과정으로제조된 CISe 광흡수층을적용시켜태양전지소자를제작하고광

전특성등을분석하였다.

결과 및 토의

그림과같이, 셀레늄농도가증가할수록, 전구체막의표면기공도가증가하고박막두께가두꺼

워짐을알수있다. 이같은미세구조특성은소결후에도유지되어소결막은셀레늄농도가증가

함에따라, 점차치밀도가낮아지고두께는증가하였으며결정립크기는셀레늄농도에대해단조

감소하는 것으로 나타났다. 반면, 소결막의 조성에는 큰 변화가 관찰되지 않았으나, Conductive

Atomic Force Microscopy를통해셀레늄농도가낮은쪽에서전도성이큰물질이많이형성됨을확인

할수있었으며이는태양전지소자에서단락거동의특성으로이어졌다. Photoluminescence 감쇄측

026 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Suppressed Formation of Conductive Phases in One-Pot Electro-deposited CuInSe2 by Tuning Se Concentration

in Aqueous Electrolytes*

이 도 권 | KIST 광전하이브리드연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Doh-Kwon Lee (Corresponding author) et al., ACS Applied Materials & Interfaces, Sep. 2016, 8(37): 24585-24593.


정결과도이러한거동과일치하였다. 2차상억제와미세구조열화가태양전지소자특성에주는

상반된영향에의해, 최적의셀레늄농도에서최대광전변환효율 (＞10%)을나타내었다.

결론

본연구를통해, 전해질용액의셀레늄전구체농도변화가전착기반 CISe 박막에구조적영향을

미치며전도성이높은결정상형성을완화시킬수있음을밝혔다. 이를적용해태양전지소자를제

작하였을때 10%가넘는광전변환효율을얻을수있었다.


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활동

및일정


초록

수중에존재하는중금속은수환경에서이동성과독성, 그리고비분해성특성을나타내어주요

무기오염물질로간주되어왔다. 이들은수중생물에게직접적인독성을나타낼뿐만아니라먹이

사슬을통해축적되어전달되므로반드시제거가필요하다. 중금속은군사, 산업, 농업, 그리고폐

기물처리와같은다양한분야에서전세계적으로다량발생되고있으며, 특히산업폐수의경우다

양한중금속이수백mg/L 이상의높은농도로존재하여이들의적절한처리와자원의회수가필요

한실정이다.

탄소폼은스펀지형태의탄소물질로열린구조(Open cell)를가지고있어비표면적이크고가벼

우면서도강도가크고, 열과전기의관리능력이뛰어나다. 이러한특성으로인해촉매의지지체나

용융금속이나부식성화학물질의필터, 공극전극, 그리고충격이나에너지, 음향의흡수제로널리

이용되어왔다. 탄소폼은손쉽게구할수있는풍부한전구체를이용하여저렴한비용으로간편하

게합성할수있어저비용흡착제로서큰잠재능력을가지고있다. Liu 등은낙엽송의톱밥을이용

하여탄소폼을제조하였고이를가스상톨루엔흡착에적용시킨바있으며, Burke 등은탄소폼의표

면을화학산화시킨후수중납제거에이용한바있다. 따라서본연구팀에서는페놀기반의탄소폼

흡착소재을합성하고개질한후수중중금속제거성능을상용소재와비교한바있으며, 개발된흡

착소재의수중독성영향분석을수행하였다. 또한, 개발된탄소폼흡착소재를실제도금폐수처리

장에적용하여중금속제거성능을파일럿규모로검토하였으며, 폐탄소폼흡착소재의재생방안

을검토하였다.

028 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Application of Carbon Foam as Adsorbent for Heavy MetalRemoval from Industrial Plating Wastewater*

이 상 협 | KIST 물자원순환연구단 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Sanghyup Lee (Corresponding author) et al., Korean Society of Environmental Engineers, Nov. 2016, 38(11): 627-634.


2. 재료 및 방법

본연구에서사용한탄소폼은㈜한국스미더스오아시스와공동으로연구개발한중금속흡착소

재로자세한합성방법은이전의연구에잘소개되어있다. 간략하게는페놀수지를포름알데하이드

와염기촉매의배합을통해합성하고, 혼합물은황산을이용하여중화시킨다. 진공탈수방식으로

수분함량을조정한후알킬에테르계열의계면활성제와유기산경화제, 탄화수소발포제, 그리고

산화철파우더 (Fe2O

3, Reagent grade, Daejung Chemicals, Korea)를함께충분히교반하고혼합물은몰

드에서성형한다. 합성발포체는대류오븐에서숙성시킨후질소분위기하 900℃에서탄화시킨다.

제조된탄소폼은적당한크기로성형하여흡착소재로실험에이용하였다.

실제폐수를이용한중금속제거성능평가를위해경기도안산시반월도금공단내에위치한도

금폐수처리장으로부터중금속을함유한폐수를채수하여실험을수행하였으며, 파일럿실험의경

우도금폐수처리장내에 600L 규모의유입수조정조와 200L 규모의흡착탑을설치하여 0.7L/min의

유량으로혼합중금속폐수및단일중금속폐수처리에이용하였다. 폐수에존재하는중금속의농

도는유도결합플라즈마발광분석법 (ICP-OES, Prodigy ICP, Teledyne Leeman Labs, USA)을이용하여

측정하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 탄소폼 흡착소재의 단일 중금속 제거 성능 및 재생 방안 평가

개발된탄소폼흡착소재의주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 사진을 [그림 1]의

(a)에나타내었다. 사진에서살펴볼수있듯이표면에많은열린구조(Open Cell)를가지며큰공극의

경우 120~420μm, 그리고작은공극의경우 12~93μm의크기를나타내었다. 질소흡탈착곡선분석결

과개질된흡착소재의경우 545.99m2/g의비표면적과 0.423㎤/g의공극부피를가지는것으로나타

났다. 단일중금속제거성능측정결과구리＜아연＜카드늄＜남의순으로제거성능이높게나타

났으며, 등온흡착식을 이용하여 최대흡착량을 산정하면 납은 460.50mg/g, 그리고 구리는

212.14mg/g의수치를나타내었다. 탄소폼흡착소재의경우화학적방법과전기적방법을이용하여

재생할수있으며, 화학적방법의재생효율이더높았다. 실제구리도금세척수처리에이용된탄

소폼흡착소재를화학적방법과전기적방법을차례로적용시킨결과흡착된구리를구리결정으

로회수할수있었다([그림 1]의 (b)).


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3.2. 상용소재와의 제거 성능 비교 및 독성 영향 평가

실제도금폐수에서의중금속제거성능을상용이온교환수지및사용중금속흡착제와비교해

보았다. 실험에 사용된 실제 도금폐수는 주로 양이온 중금속을 다량 함유하고 있는 산알칼리

(Acid/Alkali) 계열폐수와시안(Cyanide) 계열폐수를이용하였다. 실험에사용된도금폐수의성상은

[표 1]에나타내었다. 산알칼리폐수에탄소폼을적용시킨결과 5g/L의주입용량으로 93.25mg/L의

크롬을 93% 제거할수있었으며, 이를흡착량으로환산하면 17.48mg/g으로실제도금폐수처리에

있어서상당히높은값을나타내었다. 상용소재의크롬흡착량범위는 1.62~5.69mg/g으로나타났

다. 시안폐수에적용시킨결과에서도크롬과구리에대해상용소재보다높은제거성능을보였으

며, 5g/L의주입용량에서 2.46mg/g의크롬과 0.37mg/g을함께제거할수있었다. 세포독성실험에

서는폐상피세포(A549)와흑색종세포(CHL-1), 그리고신경모세포종(SH-SY5Y)의 3가지종류의인

간세포를이용하였으며, 100mg/L의농도에서모두 80% 이상의생존을보였다.

3.3. 파일럿 규모 현장 도금폐수처리 적용

파일럿규모현장도금폐수처리실험([그림 1]의 (c))에서는 [표 1]에나타낸산알칼리(Acid/Alkali)

계열폐수와시안(Cyanide) 계열폐수를 3:1의비율로혼합하여이용하였으며, 낮은농도에서장기

간의성능평가를위해유출수를이용하여 4배희석된혼합폐수를흡착탑에주입시켰다. 현장에서

실제발생되는폐수의혼합비율만을적용시킨결과유입수의중금속의농도가큰변화를나타내

었으며, 처음 104시간동안보다강한농도로중금속이유입되었으며이후 350시간까지유입수와

유출수의 중금속의 농도를 관측하였다. 처음 104시간 동안의 유입수의 크롬 평균 유입농도는

25.17mg/L이었으며, 유출수는 3.43mg/L로나타났다. 이후유입수의크롬평균유입농도가 5.49mg/L

로낮아지면서유출수에는크롬의농도가최대 0.38mg/L로 350 시간이후로도지속적인제거성능

을나타내었다. 350시간동안의크롬제거성능은 73.64g/kg으로나타났으며, 동시에 14.86g/kg의구

리와 7.74g/kg의니켈이함께제거되었다.

4. 결론

본연구에서는저비용흡착소재로서의잠재능력을가지는탄소폼흡착소재를합성및개질하여

실제산업도금폐수에함유된중금속의처리성능을평가하고파일럿규모의현장에적용시켜보았

다. 개발된탄소폼흡착소재는탁월한중금속제거성능을나타내었으며, 화학적그리고전기적방

법을통해재생및중금속을회수할수있었다. 실제도금폐수를처리에있어서기존상용소재와

비교하여뛰어난제거성능을보였으며, 인간세포에대한독성이낮아실제현장적용성이기대된

030 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과


다. 파일럿규모현장실험결과크롬에대해뛰어난제거성능을나타내었으며, 장시간의운전동안

성능이유지되었다. 이상의연구결과들을통해연구개발된탄소폼흡착소재는실제산업폐수처

리현장에서중금속제거용소재로활용될수있을것으로기대된다.


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활동

및일정

[표 1] Heavy metal concentration and other chemical compositions in industrial plating wastewater

Acid/Alkali 2.19 93.25 36.16 50.94 - - 86.35

Cyanide 4.01 12.42 2.06 22.34 196.72 4.64 80.7

Wastewater

type

pH

(-)

Cr

(mg/L)

Cu

(mg/L)

Ni

(mg/L)

Zn

(mg/L)

CN

(mg/L)

CODMn

(mg/L)

출처: Naeraa et. al. (2012)

[그림 1] (a) Scanning electron microscope image of the carbon foam,9) (b) carbon foam surfaceafter copper rinse solution treatment,10) and (c) digital image of pilot plant experiment


초록

PVP로 안정화된 Ru 나노입자가 존재하는 상태에서 함께 젤화를 거친 Ru-알루미나 복합체

(Ru@Al)를제조하였다. Ru@Al 촉매는바닐린의액상수소화탈산소화에서탁월한촉매활성을나타

내어 100% 전환을보여주었으며기존에알려진알루미나담지 Ru 촉매에비해완전히탈산소화된

화합물의수율이매우높았다. 또한 Ru@Al 촉매를사용하여탈산소화된이량체에대해우수한선택

성을보여주었다. 개선된촉매선택성은페놀계화합물의이량화및페놀계이량체의탈산소화

를포함하는 2단계반응을보여주었으며, 이는 Ru 나노입자를둘러싸는 Al2O

3의입체구조에기

인한다.

결과 및 토의

032 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

One-pot Catalytic Reaction to Produce High-carbon-numberDimeric Deoxygenated Hydrocarbons from Lignin-derivedMonophenyl Vanillin Using Al2O3-cogelled Ru Nanoparticles*

하 정 명 | KIST 청정에너지연구센터 책임연구원 / 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Jeong-Myeong Ha (Corresponding author) et al., Applied Catalysis A: General, Aug. 2016, 524: 243-250.

(a) Alumina prepared in presence of Ru nanoparticles (b) Deposition of Ru nanoparticles on alumina support


그림과같이 Ru 나노입자를지지하는알루미나지지체의입체적구조에의해반응생성물이달

라짐을알수있다. 반응에투입된바닐린은 Ru 나노입자에도달하기전에알루미나지지체표면에

서이량체를생성한후 Ru 나노입자표면에서탈산소반응이일어나게된다. 기존의촉매에서는반

응물이 Ru 나노입자에쉽게접근할수있어탈산소화된단량체가쉽게발생한다.

반응물인바닐린은여러단계의반응을거쳐이량체또는단량체를생성하는데본연구에서합

성한 Ru@Al 촉매에서만높은수율의이량체및탈산소화합물을얻을수있었다.

결론

독특한 Ru 나노입자와알루미나지지체의입체구조로부터이량화된고탄소탄화수소를얻을

수있으며, 이는입체구조의접근성때문인것으로보인다.


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Monomers

Dimers

Yield o

f 0-O p

roducts (%)


초록

실리콘태양전지용웨이퍼는 Boron과 Oxygen에의한 Light Induced Degradation이생기는데이를

극복하기위해 Ga-doped 웨이퍼를사용한다. 그러나 Ga-dpoed 웨이퍼의경우잉곳의부위별로웨

이퍼의비저항차이가심해특성이일정하지못한문제가있다. 본연구에서는실리콘태양전지웨

이퍼의비저항이유효소수반송자수명에따라어떻게달라지는지연구하였으며후면전계의특성

이우수한경우유효소수반송자수명이높고웨이퍼의비저항에따라효율차이가나지않는다는

것을관찰하였다.

결과 및 토의

그림과같이태양전지웨이퍼의비저항을달리하였을때후면전계의포화전류의값은전압에

영향을 준다는 것을 알 수 있다. 웨이퍼의 Bulk Lifetime이 350 μm 인 경우 후면전계의 값은 1e-

034 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Analysis of Aluminum Back Surface Field at Different Wafer Specifications*

강 윤 묵 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Yoonmook kang (Corresponding author) et al., Current Applied Physics, Oct. 2016, 16(9): 1062-1068.


14A/cm2이하일때개방전압이(iVoc) 안정적인것을알수있다.

웨이퍼의비저항을달리하였을경우후면전계의특성은효율에많은영향을미치는데후면전계

의특성이좋은경우웨이퍼의비저항이효율에미치는영향이적은반면후면전계의형성이고르

지않거나특성이좋지못한경우에는웨이퍼비저항이높을수록태양전지의효율이낮아지는결

과를얻을수있었다. 실제태양전지를제작하여이를비교하여본결과후면전계의형상이고르고

포화전류값이충분히낮은경우웨이퍼의비저항에따른효율변화가거의없는것을그림과같이

확인할수있다.

결론

실리콘태양전지알루미늄후면전계는유효소수반송자수명에영향을미치며웨이퍼비저항에

따른효율특성을비교하였을때유효소수반송자수명이높은경우효율차이가나지않아잉곳의

위치에따른비저항차이를보이는웨이퍼의사용이가능함을밝혀냈다.


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ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

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구논단

Ⅳ. 특

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동향

Ⅵ. 그

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주요

활동

및일정


1. Introduction and Experimental Section

고효율태양전지제작을위해패시베이션공정이점점더중요해지고있다. 최근에는원자증착

법(ALD)으로증착한 Al2O

3박막이높은표면패시베이션특성을보이며주목받고있다. 그러나원

자증착법의경우증착속도가느려공정효율이떨어지고, 적정두께를통해반사도제어가필요한

경우 SiNx증착을 Stack 구조로형성한다. 이구조는높은패시베이션특성과우수한반사도특성, 높

은공정효율을보일수있으나, 기존 Al2O

3에서존재하던열적안정성 (Thermal Stability) 문제가여

전히존재한다. Screen Printing 공정을통한태양전지제작의전극형성단계에서필수적으로존재하

는고온열처리(Firing)에대한안정성은사전열처리(Annealing) 공정을통해얻어질수있다. 이때

사전열처리의역할에대해광학적관측을진행해보았다.

Al2O

3박막은 Thermal ALD를이용하여증착하였다. 이후 RTP를이용하여 500~650℃에서사전열

처리를 15분간진행하였다. 플라즈마화학증착법(PECVD)을이용하여 SiNx를증착한후, 고온열처

리를진행하였다. 본연구에서반사도최적두께로계산된 Al2O

3박막은 10nm, SiN

x박막은 70nm 를

증착하였다. 또한, 사전열처리의경우N2분위기에서, 고온열처리의경우N

2+ O

2분위기에서진행

하였다. QSSPC 측정을 통하여 샘플들의 패시베이션 특성 변화 추이를 관측하였고, 광학 현미경

(OM)을이용하여샘플표면에발생하는Blistering 현상에대해관측하였다.

2. Results and Discussion

[그림 1]을통해공정단계에따른각샘플의패시베이션특성변화를확인할수있다. 사전열처리

036 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Effects of Annealing on Firing Stability of a Al2O3/SiNxStack Passivation Layer for Crystalline Silicon Solar Cells*

강 윤 묵 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Yoonmook kang (Corresponding author) et al., Submitted.


를진행하였을때는 500도조건이가장우수한특성을보이지만, 추후 SiNx를증착하고고온열처리

를진행하고나서는 600도조건이가장우수한특성을보인다.


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ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

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동향

Ⅵ. 그

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주요

활동

및일정

[그림 1] 사전 열처리(Annealing) 온도에 따른 QSSPC 측정 결과 추이. 각 온도에서의 Al2O3 증착부터 사전

열처리, SiNx 증착, 고온 열처리 각 단계에 따른 패시베이션 특성 변화 관측

[그림 2] 온도별 사전열처리, 고온 열처리 후의 OM 관측 결과. 500 도 a) 사전 열처리 및 b) 고온 열처리직후, 550 도 c) 사전 열처리 및 d) 고온 열처리 직후, 600 도 e) 사전 열처리 및 f) 고온 열처리직후, 650 도 g)사전 열처리 및 h)고온 열처리 직후

500 550 600 650

Implie

d V

oc (mV)


[그림 2]의OM 자료를보면열처리에따른박막특성변화를확인할수있다. 사전열처리의경우,

열처리온도가낮을수록 Blistering 형성밀도가낮고이에따라패시베이션특성이높게나타난다.

그러나이샘플들을공정순서에따라고온열처리를진행하였을때, 사전열처리를저온에서진행

한샘플일수록 Blistering이급작스럽게많이형성된것을확인할수있다. [그림 2]의 e)와 f)를통해,

사전열처리에서형성된낮은밀도의 Blistering은고온열처리공정에서 Blistering이급작스럽게발

생되는것을억제함을확인하였다. 또한최종적으로 Blistering 형성밀도가낮게하여공정을마친

후최종적으로높은패시베이션특성을보일수있다.

3. Conclusions

본연구에서는QSSPC와OM 측정을통해열처리에의한 Blistering 형성과그영향에대해살펴보

았다. Al2O

3/SiN

xStack구조의열적안정성을높이기위해서사전열처리공정이필요한이유에대해

살펴볼수있었다. 사전열처리를통해고온열처리에서높은밀도의Blistering이발생하는것을막을

수있고, 이는최종적으로우수한패시베이션특성을갖는공정조건으로이용될수있다.

038 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과 GREEN MONITOR



Organic-inorganic Hybrid Perovskite 태양전지는높은광흡수계수, 긴캐리어확산길이를갖으며최

근 4년동안 22% 이상의에너지변환효율이보고되면서주목을받고있다. 그러나습기, 광, 열, 전

기장등의외부환경에취약한문제가있으며, 상용화를가능케하기위해서는 Perovskite 태양전지

의안정성향상에대한연구가필수적이다.

Perovskite 태양전지의안정성에관한연구는최근이분야에서가장주목을받고있다. 습기, 광,

열에노출될경우분해및열화의메커니즘이설명되었다. 하지만아직전기장이인가된상황에서

의 Perovskite 태양전지의장기안정성, 신뢰성에대한연구가부족한상황이다.

본연구에서는 Perovskite 태양전지에전기장이노출될수있는상황을먼저고찰하고, 전기장이

인가될경우시간에따른태양전지의성능변화를관찰하였다. 그결과전압의크기가커질수록, 혹

은인가되는시간이길어질수록태양전지효율이감소함을확인했다. 그원인을파악하기위하여

암상태시간에따른전류변화및주파수에따른 Capacitance를측정하였다. 두측정결과를종합하

여 Perovskite 태양전지에전기장이인가된경우열화의원인은내부의잔존하는이온의이동으로

추정하였다.


[그림 1]에서태양전지가광조사시 Photovoltage를형성하며구동하는원리를묘사하였다. 먼저

광생성 Carrier가전극으로수집이되고, Photovoltage를 Perovskite 양극에형성하게된다. 이는암상


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Ⅰ. 권

두칼럼

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구구성성과과

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Electric-Field-Induced Degradation of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Solar Cells*

김 동 환 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Donghwan Kim (Corresponding author) et al., The Journal of Physical Chemistry Letters, 2016, 7(16): 3091.


태에서반도체소자에서보고되는정방향전압에해당되고, 내부의이온이존재할경우이온이이

동가능할수있다는사실을보여준다. Photovoltage를모사하기위하여암상태에서태양전지에인

가될수있는전압범위 (0.6 ~ 1.2V)의전압을인가한후태양전지특성변화를관찰하였다.

[그림 2]는전압의크기에따른효율변화를보여준다. 1V 이상의전압이인가될경우수십시간

내효율이감소하였다. 반면 0.8V 이하의전압에서는약 200h 동안출력의변화가관찰되지않았다.

약 0.8V의정방향전압크기는광구동시태양전지의Maximum Power Point에해당된다. 즉실제페

로브스카이트태양전지가 1Sun 상태에서구동시특성의변화가미미할것으로예상된다. 결과및

위의개념을종합하여보면정확한광열화시험을위해서는광조사후태양전지를작동환경에두

어전기장에의한열화를배재해야한다고생각된다.

[그림 3]의 (a)는전압이인가된상황에서온도에따른암상태전류변화를보여주고, (b)는전압

040 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

[그림 1] 광 조사 하에서 구동하는 태양전지 내부의 에너지 밴드 및 이온 이동의 모식도

[그림 2] 인가 전압의 크기 및 인가 시간에 따른 태양전지 효율 변화

Light

Perovskite Spiro-OMeTADTiO

2

Photo-voltage

(Forward blas)

Time (h)

Norm

aliz

ed E

fficiency


인가후 Capacitance 변화를보여준다. 위두결과를토대로전압이인가되는상황에서는반도체의

carrier인전자, 정공의이동이외에다른전류가발생함을알수있고, 전압이인가된후 Capacitance

를증가시키는전하를띈물질의양이증가함을예상할수있다. Perovskite 태양전지내부에이동가

능한이온이다량존재한다는보고를토대로본결과에서전류및 Capacitance에기인한물질은전

기장에의해이동된내부의이온이라고생각할수있다. 결국전기장이 Perovskite 태양전지에인가

된경우태양전지내부의이온이전극계면으로이동하게되고, 광생성 Carrier의이동을막는전기

적장벽이형성됨으로써태양전지성능이감소된다고생각하였다.

3. Conclusions

본연구를통하여전압이 Perovskite 태양전지에장시간인가될경우태양전지성능이열화됨을

확인하였다. 태양전지의약 Vmp에해당되는 0.8V 이상의전압크기에서주요하게열화가됨을관

찰하였다. 그리고정방향의전압이태양전지에인가될경우열화의원인은 Perovskite 내부의이온

이이동하면서태양전지내부의에너지전계를변화시키기때문으로해석하였다.


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[그림 3] (a) 온도에 따른 암상태 전류 곡선 (b) 1.2V 전압 인가 후 주파수에 따른 Capacitance



Organic-inorganic Hybrid Perovskite 태양전지는높은광흡수계수, 긴캐리어확산길이를갖으며최

근 4년동안 22% 이상의에너지변환효율이보고되면서주목을받고있다. 그중 Perovskite 박막을

균일하게코팅하면서 Perovskite 상을제대로형성하는것이태양전지효율과밀접한연관이있다.

Perovskite를 코팅하는 기술은 Single-step Deposition, Sequential Deposition, Vapor-assisted Solution

Processing, Evaporation 등다양한방법이연구되어왔다. 일반적으로 Solution을이용한증착방법이

간단하고값이싸기때문에많이이용되고있다. 그중균일한막을위해서는 Sequential Deposition

방법이많이이용되는데이는 Precursor로사용되는 PbI2를먼저균일하게코팅후 CH

3NH

3I(MAI)와

반응을통해 CH3NH

3PbI

3(MAPbI

3) Perovskite 박막을형성하는방법이다. 이방법을이용하면균일한

막은얻을수있지만 Perovskite 상이제대로형성되지않는문제점이있다.

본연구에서는일반적인 Sequential Deposition처럼 MAI 와 1번의반응으로 Perovskite가형성하는

것이아닌농도가다른 MAI 용액과 2-step 반응을함으로써 MAI 와 PbI2와의반응속도를제어하였

다. 그결과균일한막과상을갖는 Perovskite 박막을형성할수있었고이를바탕으로태양전지를

제작하여효율이향상된결과를얻었다.


[그림 1]에서 XRD와 EDS 분석결과를보면일반적인 Sequential Deposition 방법을이용할경우MAI

의농도에따라반응속도에차이가나는것을확인할수있다. 이는 PbI2와MAI가반응하여MAPbI

3

042 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

MAPbI3 Perovskite Solar Cells Prepared via a Modified Sequential Deposition Process*

김 동 환 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Donghwan Kim (Corresponding author) et al., Organic Electronics, 2017, In Press.


Perovskite 막이형성될때표면부터반응하여 Perovskite가형성되는데MAI 농도가높을수록표면에

Dense한 Perovskite 박막이형성되어내부는MAI가도달하기힘들기때문에 Perovskite로변환되는데

에 제약을 받는다. [그림 2] (b)의 I/Pb ratio 에서 PbI2는 2, MAPbI

3는 3이기 때문에 정량적으로

Perovskite 변환을확인할수있다. 농도가높은MAI 와반응할수록초기변환률은높지만시간에따

라 Perovskite 변환이더딘것이확인된다.

[그림 2]을통해 MAPbI3

Film의표면사진을살펴보면, (a)의 MAI 농도가상대적으로낮은용액과

반응한경우큰결정을갖으며균일하지않은박막을확인할수있다. 하지만 (b)에서상대적으로

농도가높은용액과반응시균일한박막이확인된다. 즉MAI 농도가낮으면 Perovskite 로변환은잘

되지만균일하지못한박막이얻어지고 MAI 농도가높으면반대의결과가확인되었다. 이를개선

하고자 [그림 1]에서 2-step Dipping 방법을이용하였다. 낮은농도의MAI와먼저반응후높은농도의

MAI와반응시킨경우 (c)와같이균일한박막을형성할수있었다. 반대의경우는높은표면밀도때

문에표면위에서결정이듬성듬성하게형성된박막을 (d)에서확인할수있다.


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[그림 1] (a) MAPbI3 (110)와 PbI2 (001)의 XRD peak intensity ratio (b) I/Pb atomic ratio

[그림 2] MAPbI3 의 표면 SEM 사진 (a) 1S-MAI6, (b) 1S-MAI10, (c) 2S-Lo-Hi, and (d) 2S-Hi-Lo


[그림 3]에서 2-step Dipping 방법을이용한경우 XRD, 흡수도를보면, 기존의공정대비 PbI2상이

현저히줄어드는것을확인할수있다. 즉MAPbI3로변환이잘되었다는것으로해석된다. 마찬가지

로MAPbI3로의변환이높아서흡수도가향상된것을확인할수있다. XRD, 흡수도, 박막의표면사

진으로볼때 2-step Dipping 방법을통해균일하고변환이잘된 Perovskite 박막이확인되었다. 이를

이용하여태양전지를제작한결과기존조건(1S-MAI10)에서는평균 12%정도의태양전지효율이평

균 15%정도로향상된것을확인하였다([그림 4]).

3. Conclusions

본연구를통하여MAI 농도에따라MAPbI3Perovskite의결정상과표면구조가변화함을확인하였

044 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

[그림 3] (a) MAI 공정조건 차이에 따른 XRD (b) 흡수도 변화

[그림 4] 공정조건에 따른 (a) Light I-V, (b) EQE curves


다. 이를통하여MAI 농도에따른반응속도를제어하여보다균일하고상변환이향상된 Perovskite

박막을형성할수있었다. 이박막을이용하여태양전지를제작한결과약 3%의효율이향상되는

것을확인하였다.


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활동

및일정



혈당센서, 바이오연료전지등다양한전기화학적응용에사용이가능한효소인피라노스산화

효소(Pyranose Oxidase: POx)는 E. coli를이용한유전자재조합방식으로생산되어기존에사용되는

당산화효소(Glucose Oxidase: GOx)에서전자의이동을저해하는당화층(Glycosyl Layer)이제거된효

소로써, 당화층을지니고있는당산화효소에비하여전자전달효율에큰장점이있으나효소를외

부의자극으로부터보호하는당화층이제거되어있어안정성확보가어렵다. 단위무게당넓은표

면적을지니고전자전달효율이좋은탄소나노튜브에효소를접목하여응용하려는시도는많이연

구되었지만, 대부분의경우단순흡착이나공유결합에의존하고있다. 실제적전기화학적응용을

위해요구되는확보하기위해서는효소의담지량을늘리는동시에안정성을오래유지할수있으

며효소에의하여생성된전자를잘전달할수있어야한다.

본연구에서당화층이없는피라노스산화효소를탄소나노튜브에효과적으로고집적하고이를

안정화하는고정화기법을통하여효소전극의성능을향상시키는기술을개발하였다. 본연구의

효소고정화방법은세단계를거치는데효소공유결합(Covalent Attachment), 석출(Precipitation), 가

교결합(Crosslinking)을거치게되고이를효소석출화코팅(Enzyme Precipitate Coating: EPC)이라고한

다. EPC 효소고정화방법은효소의담지량과안정성을동시에비약적으로향상시킬수있으며전

기화학적응용이가능하다([그림 1]).

046 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

Enzyme Precipitate Coating of Pyranose Oxidase on CarbonNanotubes and Their Electrochemical Applications*

김 중 배 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Jungbae Kim (Corresponding author) et al., Biosensors and Bioelectronics, Jan. 2017, 15(87): 365-372.



본연구에서는비교를위하여공유결합(Covalent Attachment: CA), 효소코팅(Enzyme Coating: EC)

을대조군샘플로제작하였고효소석출화코팅(Enzyme Precipitate Coating: EPC)의활성과안정성을

비교하였다. 효소활성을비교한결과 1mg의 CNT 당 CA, EC, EPC의활성이각 18, 26, 120 A500/min으

로 EPC 방식이CA와 EC에비하여 6.5배 4.5배높은활성을보이는것을확인하였다([그림 2]).

또한 CA, EC, EPC의시간에따른효소활성의변화를측정하여안정성을측정하고비교하였다.

EPC 방법은 34일이지난후에도초기활성의 65%을유지하였지만, CA와 EC 소재는 34일이지난후


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[그림 1] EPC-POx/CNT 소재의 합성 방법을 나타낸 그림

[그림 2] 소재의 활성과 대조군인 CA, EC소재의 효소 활성 비교


각각초기활성의 9.2% 와 26%로감소하였다. 이를통해 EPC 방법이대조군에비해고정화되는효

소양도높을뿐만아니라, 안정성도높은것을확인하였다([그림 3]).

전기화학적응용중하나인혈당센서의민감도(Sensitivity)를측정하였다([그림 4]). EPC방법이기

존방법인 CA와 EC 방법에비해서도높은민감도를나타낸것을확인할수있다. 센서의실제적응

용에가깝게하기위하여전자전달물질인벤조퀴논(Benzoquinone: BQ)의유무에따른감도를측정

하였다. BQ가 없는 조건에서 EPC 방법이 3.7mA/M·cm2으로 CA와 EC 방법인 0.27mA/M·cm2와

0.76mA/M·cm2에비해 13배, 2.8배높은감도를보였다. 전자전달물질인 BQ를넣어주었을때 EPC

방법이 50mA/M·cm2으로CA와 EC방법인 25mA/M·cm2에비해 5.3배높은감도를보였다.

또다른전기화학적응용중하나인바이오연료전지의출력(Power Output)을측정하였고, EPC방

048 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

[그림 3] EAPC와 대조군인 EA, EAC 샘플 간의 효소 안정성 비교

[그림 4] 전자전달물질(benzoquinone, BQ) 유무와 고정화 방법에 따른 바이오센서의 민감도 차이


법이기존방법인 CA와 EC 방법에비해서높은출력을보이는것을확인하였다([그림 5]). 역시바이

오연료전지의실제적응용가능성을확인하기위해전자전달물질인BQ의유무에따른바이오연료

전지의출력을확인하였다. BQ가없는조건에서 EPC 방법이 53μW/cm2으로CA와 EC 방법은각각 41

μW/cm2와 47μW/cm2의 출력을 보였다. 전자전달물질인 BQ를 넣어 주었을 때 EPC 방법이 500μ

W/cm2으로CA와 EC방법은각각 330μW/cm2와 260μW/cm2의출력을보였다.

또한당화층이있는당산화효소와당화층이없는피라노스산화효소의전기화학적성능차이를

비교하기위하여각효소를 EPC 방식으로고정화한후활성, 바이오센서의민감도, 전자전달속도

상수를 측정하여 비교하였다([표 1]). 동일한 방식으로 고정화 한 효소의 활성을 동일한 기질

(Substrate)를이용하여측정한두효소의활성을 1 mg의탄소나노튜브를기준으로비교한결과 EPC-

GOx와 EPC-POx가각각 980 A500/min과 120 A500/min으로 EPC-POx가 EPC-GOx의 12%에해당하는효

소활성을보였다. 반면바이오센서의감도는 EPC-GOx와 EPC-POx가 0.69 mA/M·cm2, 3.7 mA/M·

cm2로전자전달속도상수는 0.031 s-1, 0.046 s-1로 EPC-POx가각각 5.3배 1.5배높은결과가확인되었

다. 효소활성이 12%로적음에도불구하고바이오센서의감도가 5.3배높은결과가나타난것은당

화층의부재에따른전자전달효율에의한것으로검증되었다.


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[그림 5] 전자전달물질(BQ) 유무와 고정화 방법에 따른 바이오연료전지의 출력 차이

[표 1] 당산화효소와 피라노스 산화효소의 효소 활성, 바이오센서 감도, 전자전달속도 상수 비교

Activity (ΔA500·min-1 per mg of CNTs) 980 120 0.12

Glucose sensitivity (mA·M-1·cm-2) 0.69 3.7 5.3

Electron transfer rate constant (s-1) 0.031 0.046 1.5

EPC-GOx EPC-POx Ratio (POx/GOx)

연구성과-49p 만 2017.2.13 7:50 PM 페이지049 NO.3 2400-175-mono

3. Conclusions

기존기술에비해 EPC 방법은고정화되는효소의양이높아초기효소활성이매우높을뿐만아

니라, 효소의안정성도장기간높게유지하는장점을가지고있다. 또한당화층이없는피라노스산

화효소의높은전자전달효율로인하여바이오센서, 바이오연료전지등전기화학적응용에높은성

능을얻을수있고실제응용가능성을향상시켰다고볼수있다.

050 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과



탄소나노튜브는높은전기전도성뿐만아니라특정물질을고정화시킬수있을표면적이넓기

때문에, 효소를고정화하여바이오연료전지, 혈당센서등의전기화학적응용을실현시키는데매우

적합하다. 하지만탄소나노튜브는소수성이기때문에물리화학적처리없이분산이어려운단점이

있으며, 이는효소를효과적으로고정화시키기어렵게만드는중요한요인으로작용하고있다.

기존연구에서는추가적인산처리과정을통해탄소나노튜브에친수성작용기를생성시켜탄소

나노튜브를효소와결합시킬작용기로활용하였다. 하지만산처리과정에서탄소나노튜브고유의

전기전도성을일부잃게되는단점이있다. 본연구진은효소와탄소나노튜브간의상호작용을통

한분산성을확인하고, 이를기반으로산처리과정을통한작용기생성없이탄소나노튜브를본연

의특성을모두활용하는효소고정화/안정화방법개발및당을전기에너지원으로활용할수있는

바이오연료전지응용연구를진행하였다.


탄소나노튜브의효율적인분산을유도하기위해, 효소와탄소나노튜브간의상호작용규명연

구를진행하였다. 수용액상에서탄소나노튜브의분산정도를확인하기위해다양한효소농도에

서탄소나노튜브를분산시켰다([그림 1]). 이결과, 고농도의효소가포함된환경에서탄소나노튜브

의분산이증진되는것을관찰하였다. 이러한결과는효소의소수성부분이소수성인탄소나노튜

브주위에효율적으로흡착되어표면에상대적으로친수성을띄게되어탄소나노튜브의분산도를


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ⅡⅡ.. 연연

구구성성과과

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활동

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Fabrication of Enzyme-based Coatings on Intact Multi-walledCarbon Nanotubes as Highly Effective Electrodes in Biofuel Cells*

김 중 배 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Jungbae Kim (Corresponding author) et al., Scientific Reports, Jan. 2017, 7: 40202.


높이는것으로가정할수있으며([그림 1]), 물과핵산간의이중층이형성된용액상에서탄산무수

화효소가흡착된효소가상대적으로친수성을띄는것을확인하였다.

효소와탄소나노튜브간의규명된상호작용을바탕으로새로운형태의효소고정화기법을개

발하였다([그림 2]). 효소가포함된용액상에탄소나노튜브를혼합하여효소를흡착시킨후, 흡착된

효소를기점으로효소를석출시키기위해석출화제를첨가하였으며, 석출된효소들간의가교결합

을형성하기위해아민기간의가교결합을유도할수있는글루타알데히드를첨가하여효소집적체

를형성시켰다(Enzyme Adsorption, Precipitation and Crosslinking: EAPC).

EAPC 기법을통해합성된효소고정화물질의특성을확인하기위해, 효소의활성및이의안정

052 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

[그림 1] 효소와 탄소나노튜브 간의 상호작용 (분산)

[그림 2] 효소/탄소나노튜브 간의 분산 작용을 바탕으로 한 새로운 효소 고정화 기법

(a)

(b)


성을비교하였다. 탄소나노튜브질량대비효소활성을비교한결과 1mg의탄소나노튜브당 EAPC

의활성이각 9.0 Units/mg of CNTs로측정되었으며, 대조군으로서탄소나노튜브에효소가흡착된

경우(Enzyme Adsorption: ADS)와 산처리된 탄소나노튜브에 효소가 공유결합된 경우 (Covalent

Attachment of Enzymes: CA)의 활성은 각각 0.81, 2.0 Units/mg of CNTs로 측정되었다([그림 3]의 (a)).

EAPC 방식이 ADS와 CA에비하여 11배, 4.5배높은활성을가지고있으며, 이러한결과는 EAPC 기법

에의해탄소나노튜브에활성화된효소가다량으로고정화될수있었다고해석할수있다.

EAPC 기법을통해합성된효소고정화물질의특성중하나인효소안정성을확인하기위하여,

상온에서 200rpm 교반조건으로 270일간효소의활성을확인하였다. 효소활성측정을통해안정성

을확인한결과, CA는 60일만에초기활성의 20% 이하로활성을잃은반면에, EAPC는 270일동안초

기활성을지속적으로유지하는것으로확인하였다([그림 3]의 (b)). 이러한결과는효소와나노구조

물질간의분산효과를활용하여합성한소재가효소활성의안정성이크게향상됨을의미한다.

높은전기전도성을가진탄소나노튜브와효소의결합을통해당을연료로서활용할수있는바

이오연료전지시스템을구축하는것이가능하다. 본연구를통해개발한 EAPC 기법을이용하여효

소기반전극의효소담지량을크게높일수있으며, 이를통해효소반응을통한전자생산능력을

극대화함으로서바이오연료전지의출력을획기적으로높일수있었다. EAPC 기법을통해고정화

한당산화효소를이용하여바이오연료전지음극에사용가능한효소전극을제작하였으며, 이를활

용하여초소형바이오연료전지를구성하고 V-I Curve 및출력밀도를측정하였다([그림 4]). 다량의

효소가집적된 EAPC 기반바이오연료전지의최대출력밀도가 7.9μW/cm2인것으로측정되었으며,

CA 기반바이오연료전지의최대출력밀도는 1.1μW/cm2인것으로확인되었다. 이는 EAPC보다 CA

기반바이오연료전지의최대출력밀도가 7.2배높은결과이며, EAPC 방식에의해고정화된효소들

이생산한전자가CNT를매개로하여전극까지효율적으로전달될수있음을의미한다.


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동향

Ⅵ. 그

린스쿨

주요

활동

및일정

[그림 3] EAPC와 대조군인 ADS, CA의 효소 활성 및 안정성 비교

(a) (b)

Relativ

e a

ctiv

ity

4

2

0


3. Conclusions

기존기술에비해 EAPC 방법은고정화되는효소의양이높아초기효소활성이매우높을뿐만

아니라, 효소의안정성도장기간높게유지하는장점을가지고있었다. EAPC 기반의효소전극을제

작하고이를활용하여바이오연료전지시스템을구축하였으며, V-I Curve 및출력밀도를평가하여

구축한바이오연료전지의성능을확인하였다. 이러한결과는효소기반바이오연료전지의실제응

용가능성을향상시켰다고볼수있다.

054 _ GREEN SCHOOL

Ⅱ. 연구성과

[그림 4] EAPC와 대조군인 CA 기반의 바이오연료전지의 V-I Curve 및 출력밀도 비교

0.25

0.2

0.15

40

(b)(a)



과산화수소는 HNO3, N

2O, NaClO 등의산화제와달리부산물로물이생성되는친환경적인산화

제로산업에널리사용되고있다. 과산화수소는펄프및제지의표백에대부분사용되어왔지만 TS-

1 촉매개발로인해화학물질합성의산화제로사용되어그시장이지속적으로증가하고있다. 과

산화수소의대부분을합성하는상용공정인Anthraquinone Oxidation(AO) 공정은유독한물질을사용

하고, 중소형규모의공정에선경제성이부족하다는단점이있다. 또한생산한과산화수소를필요

로하는장소로수송하는과정에서폭발의위험성이있다. 과산화수소직접합성공정은상기문제

를해결할수있는공정으로수소와산소를직접합성하여과산화수소를합성한다. 해당공정은부

산물로물을제외한물질은생성되지않아친환경적이며, 중소형규모의공정에도적합하다.

과산화수소직접합성반응에가장널리쓰이는금속은팔라듐이다. 귀금속인팔라듐을효율적

으로사용하기위해서는열처리과정에서발생하는소결을억제해야하며, 반응에참여할수있는

금속표면적을높여야한다. 소노케미컬제조방법은상기요구조건을충족하는촉매제조방법으로

제시되었다. 소노케미컬제조방법은음파처리과정이포함되어있으며, 해당음파처리과정은캐

비테이션(Cavitation)을일으킨다. 캐비테이션은음파로인해용액내에미세한기체방울이생성되고

파괴되는과정을의미한다. 기체방울이파괴되는미소영역에는온도가급감하는현상이나타나고

이현상에의해금속핵의성장이억제될수있다. 결과적으로소노케미칼방법은핵의성장이억제

되어작고균일한금속입자가형성될수있다.

본연구에서는기존에과산화수소직접합성반응에많이사용된 SiO2담체를비교군으로하여,

Pd/TiO2와 Pd/SiO

2촉매를일반담지방법과소노케미컬제조방법으로제조하였다. 촉매제조방법의

차이뿐만아니라담체의차이에따른촉매의특성을확인하였으며, 측정된촉매의특성과과산화

수소직접생산반응성과의연관성을설명하였다.


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Highly Dispersed Pd Catalysts Prepared by a SonochemicalMethod for the Direct Synthesis of Hydrogen Peroxide*

이 관 영 | 고려대학교 그린스쿨대학원 교수

Kwan-Young Lee (Corresponding author) et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2017, In Press.



아래 [표 1]에 소노케미컬로 제조한 Pd/TiO2는 Pd/TiO

2(S), 일반 담지방법으로 제조한 Pd/TiO

2는

Pd/TiO2(I)로표기하였으며, SiO

2담체에대해서는각각 Pd/SiO

2(S), Pd/SiO

2(I)로표기하였다. 일산화탄

소화학흡착과 ICP-OES분석을 통해 팔라듐의 표면적과 팔라듐 함량을 측정하였다. Pd/TiO2(S)가

Pd/TiO2(I)에비해 2배이상의팔라듐표면적과분산도�

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