| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 봄 (05/12 ~ 05/14, 광주 김대중컨벤션센터) |
| 권호 | 27권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 산화구리 박막 기반 광전극을 이용한 수소생산 및 특성 평가 |
| 초록 | 화석연료 고갈 및 사용으로 발생된 다양한 환경문제로 인하여, 새로운 대체 에너지원에 대한 해결방안이 제시되고 있다. 그 중 풍부한 태양에너지와 물을 이용한 광 전기 화학적 수소생산 발전이 각광받고 있다. 광전기 화학적 수소생산 발전에 필요한 대표적 광전극재료로서 귀금속과 희토류 산화물이 있으나, 이는 2.6 eV 이상의 밴드갭을 가져 태양에너지 하베스팅에 어려움이 있다. 반면에 구리는 풍부한 매장량과 저가이며, 구리 산화물의 밴드갭은 1.6 – 2.4 eV로서 효율적으로 태양광을 흡수하여 이론상 -14.7 mA/cm2의 최대 광전류와 18.7%에 해당하는 광 변환효율을 가지고 있다. 하지만 광 부식전위가 밴드갭 내에 위치하는 취약점이 존재하여 이를 방지하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 단일 산화구리 타깃을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 투명전극위에 산화구리 박막을 증착하고 원자층 증착법을 통해 TiO2 패시베이션 층을 증착하였다. 산화구리의 최적화된 박막을 얻기 위한 공정 변수인 증착 압력을 1 - 25 mTorr를 적용하여 증착한 산화구리의 특성을 조사하였다. 증착한 모든 산화구리 박막에서 monoclinic 결정구조와 (111)면 우선 성장 배향성을 확인하였다. 특히 증착 압력 5 mTorr에서 (111)면의 회절 강도와 산화구리 박막의 결정성이 가장 우수하였으며, 증착 압력이 높아짐에 따라 박막의 결정성이 낮아지는 경향을 보였다. 산화구리를 이용한 광 전극의 광 변환효율은 -5 mA/cm2 이며, 이는 이론효율의 약 34% 수준이었다. 패시베이션 층을 추가한 산화구리 전극의 광 안정성 측정 결과 초기 광전류는 약간 감소하였지만 안정성은 약 3배 증가하였다. 이 결과를 통해 산화구리의 취약점을 보완하는 패시베이션 층을 활용하여 광전극의 수명을 연장하는 결과를 얻을 수 있었다. |
| 저자 | 박재홍, 손호기, 이인환 |
| 소속 | 고려대 |
| 키워드 | 스퍼터링; 산화구리 박막; 수소생산; 광 변환효율 |
