| 초록 |
BiVO4는 약 70-200nm의 minority carrier diffusion length를 나타내는데 위와 같은 diffusion length를 만족시키는 thin film BiVO4의 경우 그 두께가 너무 낮아 충분한 양의 solar energy를 흡수 시킬 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 doping을 통한 전기적 특성의 향상, 다른 전기적 특성이 좋은 metal oxide물질과의 heterojunction을 통한 효율적인 전자-전공 분리, nanostructure 형성을 통한 electron 및 hole의 실질적 이동거리 감소 및 계면 증가 등의 방법을 통해 이뤄지고 있다. 이중 nanostructure를 통한 극복은 BiVO4 광전극의 형성에서 필수적인 것으로 여겨진다. Mo, W과같은 원소를 doping 하는 것은 BiVO4의 부족한 diffusion length를 늘려주는 좋은 방법이지만, 증가폭이 충분치 않으며 심지어 trap site의 형성으로 인해 carrier mobility 및 liftetime을 줄이는 부작용도 있다. heterojunction 또한 그 계면의 표면적이 중요하기 때문에 nanostructuring을 통해서 늘어난 계면을 통해 그 효과를 극대화시킬 수 있다. 이와 같이 nanostructuring은 높은 효율의 광전극의 제작을 위해 필수적인 요소로써, 여러 가지 방법과 모양으로 그 증가효과를 높히기 위한 연구가 진행되고 있다. 우리는 이번 연구에서 moth-eye structure에서 영감을 받은 densely packed nanocone structure를 nanostructure template로 이용해서 BiVO4의 효율을 증대시키고자 하였다. Moth-eye structure, a densely packed nanocone array with dimensions smaller than the wavelength of the light, 는 이미 입사각의 각도에 구애받지않는 anti-reflection 구조로 익히 알려져 있어, 태양전지 OLED와 같은 optoelectronic 장치에서 효과가 큰 것으로 알려져 있다. 우리는 moth-eye structure를 template로 도입하여 기존에 비해 더 넓은 비표면적 뿐만 아니라 gradual refractive index 변화로 인한 anti-reflection 효과를 통하여 효과적으로 얇은 층의 BiVO4에 흡수가 일어나도록 설계하였다. 또한, Au(mirror layer) 및 sno2(hole blocking layer)의 nanocomposite 및 BiVO4 표면에 AuNP의 부착을 통하여 최대한 많은 빛이 갇히는 효과를 얻고자 하였다. |
