Hysteresis Reduction of Organic-inorganic Hybrid Perovskite Solar Cells

허진혁 경희대학교 대학원 2016 국내박사

Abstract Hysteresis Reduction of Organic-inorganic Hybrid Perovskite Solar Cells By Jin Hyuck Heo Doctor of Philosophy in Chemical Engineering Graduate School of Kyung Hee University Advised by Prof. Sang Hyuk Im Recently, perovskite solar cells (PSCs) have attracted great attention in solar cell research field due to their excellent photovoltaic properties such as long charge carrier’s diffusion length due to low trap density, high absorption coefficient due to the direct bandgap, high open circuit voltage due to small exciton binding energy and low temperature processability. Although the record efficiency of perovskite solar cell aleady reached over 22 % at 1 sun condition, the perovskite solar cells often exhibited significant current density-voltage (J-V) hysteresis with respect to the forward and reverse scan direction and scan rate. The origin of J-V hysteresis of perovskite solar cells is not clearly elucidated until now. In terms of perovskite materiasls, the J-V hysteresis can be occurred by two resons such as (i) the dielectric polarization by ferroelectric properties of perobskite and (ii) the ionic motion/migration of perovskite materials. In terms of perovskite solar cells, (iii) charge trapping and detrapping at trap sites by the unbalanced electron and hole flux are considered as possible origin of J-V hysteresis. Although, three resons of J-V hysteresis must be modified to reduce the J-V hysteresis, the J-V hysteresis induced by the ferroelectricity and the ionic motion can be hardly controlled without modifying the intrinsic properties of the perovskite materials itself. We focused on flux balancing of electron and holes to reduce the J-V hysteresis because control of flux balanxing is more esier than control of intrinsic properties such as ferroelectric properties of perovskite and ionic motion/migration of perovskite materials. We made an effort to understand J-V hysteresis and reduce J-V hysteresis in mesoscopic/bi-layer and planar type perovskite solar cells through the several experiments. (1) Li-treatment of mesoscopic TiO2 to reduce interface traps and improve conductivity in mesoscopic type perovskite solar cells, (2) Formation of perovskite over layers to control the ratio of charge transport mode between injection mode and self transport mode in bilayer type perovskite solar cells, (3) HI addition to reduce bulk traps of MAPbI3 perovskite in planar dense blocking TiO2/CH3NH3PbI3/PTAA perovskite solar cells, (4) switch of dense blocking TiO2 to ZnO layer with higher conductivity in order to increase electron flux in planar type perovskite solar cells, (5) Switch the normal planar type (n-i-p: TiO2 (ZnO)/CH3NH3PbI3/PTAA) perovskite solar cells to the inverted planar type (p-i-n: PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PCBM) perovskite solar cells in order to balance electron flux and hole flux, and (6) switch of CH3NH3PbI3 to CH3NH3PbI3-xClx with longer charge carriers’ diffusion length in order to guarantee the efficient charge collection. Also, we fabricated perovskite solar cells to apply the building interagated photovoltaic (BIPV) system and water splitting system. Although solar cells are very attractive energy genetator, solar cells is still insufficient to expand their utilization in our daily life because there are few limitations such as installation area, location, and available time. Solar cells are required a lot of large area and solar irradiation to efficiently produce electricity, and solar cells can not generate any energy in night time. Therfore, we fabricated sandwich type semi-transparent perovskite solar cells and high open circuit voltage perovskite solar cells to overcome the limitation of solar cells. Firstly, sandwich type perovskite solar cells can overcome limitation such as installation area and location because sandwich type perovskite solar cells have enough transpatent by transparent top and bottom electrodes, so that they can efficiently generate electricity from the window of the building. Secondly, to overcome limitation of available time of solar cells, solar energy is should be converted other energy source such as chemical energy, can be stored and exploited the solar energy at any time. One of the simplest products in solar fuel is hydrogen which can be produced by direct water-electrolysis under applied bias voltage >1.23 V or by water-splitting through photocatalysts. To efficiently generate solar fuels from solar cells, high open circuit voltage perovskite solar cells are fabricated by different HOMO level of hole transporting materials and CH3NH3PbBr3-CH3NH3PbI3 perovskite-perovskite tandem structure.

(A)new ozone forecasting system by fuzzy expert system and neural network system

Heo, Jeong-sook Kyung Hee Univ. 2001 국내박사

Growth of Transgenic Tobacco Expressing the hrpEP gene from Erwinia pyrifoliae and Resistances Against Botrytis cinerea

Heo, Seong-Il 강원대학교 2006 국내석사

Erwinia pyrifoliae is a member of the harpin proteins that induces pathogen resistance and hypersensitive cell death in plants. To obtain tobacco plants displaying a hypersensitive response, the hrpEP gene from Erwinia pyrofoliea was cloned into vector pMJC-GB under the control of the rice cytochrome promoter and transfected into tobacco. Southern hybridization with a hrpEP probe revealed that the gene was present in one copy in the transgenic plants. In addition hrpEP transcripts could be detected in transgenic plants but not in wild type tobacco. The wild type gave 75 products in RAPD analysis with 12 primers while the transgenic plants gave 73, suggesting that hrpEP gene had been integrated into the transgenic plant genomic DNA. The distribution of cell cycle phases in the wild type and transgenic plants was G0-G1: 71.25%, G2-M: 20.41%, S: 8.33%, while in transgenic plant was G0-G1: 54.95%, G2-M: 43.82%, S: 10.23%. The sizes of stomata and guard cells on transgenic leaves were similar to those of the wild type, but the epidermal cells were clearly smaller. The transgenic plants showed accelerated growth and development. Expression of HR-related genes such as hsr201, hsr203J, hsr515, and HIN1 was slightly greater in the transgenic plants than in the control plants, whereas PR-related genes such as PR-1a, PR2, PR3 and Chia5 were strongly expressed in the transgenic plants and hardly detectable in the control plants. Also hrpEP -expressing tobacco had resistance against to B.cinerea. The reason was that hrpEP activates SA, JA, and ethylene-dependent genes by an NPR1-independent signal transduction pathways. hrpEP 유전자는 식물에서 병원체에 대하여 과민반응을 일으켜 세포죽음을 야기시키는 harpin 단백질의 한 종류이다. 병원체에 대한 저항성을 나타내는 tobacco 식물체를 얻기 위해 Erwinia pyrifoliae로부터 hrpEP 유전자를 rice cytochrome promoter의 조절하에 벡터 pMJC-GB로 클로닝하여 형질전환하였다. RT-PCR을 통하여 형질전환체에서 hrpEP의 발현 여부를 확인하였으며, Southern hydridization analysis 결과 통하여 hrpEP 유전자는 한 copy만이 존재하는 것을 알 수 있었다. 또한 12개의 prime를 이용한 RAPD analysis를 한 결과 wild-type에서는 75개의 밴드를 형질전환체에서는 73개의 밴드를 얻었으며 이것은 hrpEP 유전자가 형질전환체의 genomic DNA로 완전히 융합되었다는 것을 나타낸다. Wild-type와 형질전환체의 세포주기의 DNA 함량 분포를 보면, wild-type에서는 G0-G1: 71.25%, G2-M: 20.41%, S: 8.33%, 형질전환 tobacco에서는 G0-G1: 54.95%, G2-M: 43.82%, S: 10.23%로 세포 분열을 나타내는 M기의 분포도가 형질전환 tobacco에서 높게 나타났다. 또한 형질전환 식물의 잎에서 기공과 공변 세포는 wild-type의 세포들과 별 차이를 나타내지 않았으나 분열조직의 세포는 형질전환 tobacco에서 현저하게 작았다. 이러한 데이터는 형질전환식물체의 성장과 발달이 세포분열에 의해 촉진되었다는 것을 말해준다. Real-time PCR을 통하여 hsr201, hsr203J, hsr515, 그리고 HIN1와 같은 과민반응과 연관 있는 유전자들은 형질전환 tobacco에서 비교적 많이 발현되었고, PR-1a, PR2, PR3 그리고 Chia5와 같은 방어적인 반응과 연관된 유전자들은 wild-type에 비해 형질전환 tobacco에서 강하게 발현되었다는 것을 볼 수 있다. 이것은 NPR1 유전자에 독립적으로 hrpEP 유전자가 SA, JA 그리고 ethylene-dependent 유전자를 활성화하기 때문이다. 마지막으로 hrpEP 유전자가 발현하는 tobacco는 B.cinerea에 대해 저항성을 나타내었다.

The Structure of Barrelled spaces

Heo, Myeong-sug [s.n.] 1974 국내석사

참여적 과학관 맥락에서 성인의 학습경험 탐색

Heo, Song yi 이화여자대학교 대학원 2021 국내박사

This study is a qualitative study to analyze how adults start learning in the context of a participatory science view, what they experience, and how their lives are changed as a result. Through the research results, it will be possible to obtain implications to consider when designing a learning environment for adults and planning programs in science centers. To this end, the research was conducted by approaching the constructivist grounded theory, and intensive interviews were conducted with 8 adults who continued to attend education for more than 6 months in the context of participatory science or were learning through learning clubs and volunteer activities. At the same time, records of observations of researchers' participation in their learning process and activities, learning outcomes, and related documents were collected and analyzed according to the guidelines of Charmaz (2014). As a result of the analysis, initial coding, focal coding, and theoretical coding were performed to finally derive the theory integrated into 83 codes, 36 concepts, and 14 categories. The study results are summarized as follows. First, the context in which adults enter learning in the science museum includes the background from which they started learning and their initial experience in the science museum, and was signified as 'find the door to the science museum' and 'go over the lowered science museum threshold'. They encounter the science view of the local community by discovering a point where they can participate independently based on various situations. They usually recognize the value of science and learning, and they start learning with anticipation and curiosity about the place and content of the science and science museum. However, at the same time, it is difficult to enter the early stage because of the psychological distance and anxiety about learning due to the perception of science and science view acting ambivalently. After discovering the door at the science museum, those who participate in a program that suits their interests and preference have a meaningful experience as 'overcoming the lowered threshold of the science museum'. During the learning process, adults interact with peer learners and with instructors and planners, and become learners in relationships from isolated individual learners. Beyond contributing to the participatory science museum by giving feedback on the program, they have an experience of 'co-production' in which they continue learning in the science museum by organizing a learning small group during and after class. Second, the learning experience of adults in the participatory science museum is a story that they discover the ‘invisible door' that enter the science museum, cross the 'lowered threshold', and how the learning experiences of adult learners who have formed their identity as insiders of the science museum are developed and maintained. Research participants went beyond the interaction between learners within the science museum (three steps) and increased their level of participation by expanding their network of relationships with other small groups, communities, and larger communities (four steps). Perspectives were formed, changed, and expanded in various cognitive areas related to science. It turned out that they were aware of science as a discipline rather than science as a subject to take classes and take tests at school and made an effort to grasp the topography. As the learning period becomes longer and the types of participatory experiences diversify, such as contribution, co-production, collaboration, and host, research participants face different resistances than they did in the beginning. The experience of reducing and overcoming the resistance faced was revealed to be receiving various forms of recognition from others, receiving support from needs, and combining and sharing one's own resources. Third, in the participatory science view, the change in the life of adults due to the learning experience was signified as ‘making another door’. They have a positive identity that promises to learn and expresses changes in their self-esteem. A new challenge has arisen to expand and integrate new learning in the community outside of the science center, whether it is the challenge of getting a job or going to graduate school. Finally, they were able to enjoy science culture by interacting with other communities outside of the science museum while living as a science hobbyist, where science became a daily routine. Based on the results of the study, the learning experiences of adults in the context of a participatory science perspective can be summarized as follows. First, at the individual level, it was learning in which identity was formed and changed. Through learning at the science museum, adults could confirm the change in their identity as the subject of learning and as an ‘insider’who ‘truly’participates rather than outsiders who simply participate in the activities of the science museum. Second, it was learning that participates in the community and expands into social experiences. Those who continuously engage in learning activities in the science center did not stop at personal interactions with science content, but formed and developed a community through relationships with others. Finally, based on the research results, the development direction for lifelong science learning for adults in the participatory science museum was suggested. 본 연구는 성인들이 참여적 과학관 맥락에서 학습을 어떻게 시작하고, 무엇을 경험하며, 이로 인해 삶이 어떻게 변화되는지를 분석하기 위한 질적 연구이다. 연구 결과를 통해 과학관에서 성인을 위한 학습환경 설계 및 프로그램 기획 시 고려해야 할 시사점을 얻을 수 있을 것이다. 이를 위해 구성주의적 근거이론으로 접근하여 연구를 진행하였으며, 참여적 과학관 맥락에서 6개월 이상 지속하여 교육을 수강하거나 학습동아리와 자원 활동 등을 통해 학습하고 있는 성인 8명을 대상으로 집중 면담을 진행하였다. 이와 동시에 그들의 학습 과정과 활동에 대한 연구자의 참여관찰 기록, 학습결과물, 관련 문서자료 등을 수집하여 Charmaz(2014)의 지침에 따라 분석하였다. 분석 결과, 초기코딩, 초점코딩, 이론적 코딩을 수행하여 최종적으로 83개의 코드, 36개의 개념, 14개의 범주로 통합된 이론을 도출하였다. 성인의 학습 경험은 순차적인 흐름을 가지고 그 안에서 공통되는 중심경험이 드러났으며, 이에 영향을 미치는 조건, 전략 등이 발견되었다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 성인들이 과학관에서 학습에 진입하는 맥락은 학습을 시작하게 된 배경과 과학관에서의 초기 경험을 포함하며, ‘과학관으로 들어가는 문 찾기’와 ‘낮아진 과학관 문턱넘기’로 의미화 되었다. 이들은 다양한 상황적 특성을 바탕으로 성인이 주체적으로 참여할 수 있는 지점을 발견함으로서 지역사회의 과학관과 조우한다. 이들은 평소 과학과 학습에 대한 가치를 인식하고 있으며, 과학과 과학관이라는 장소와 내용에 기대감과 호기심을 가지고 학습을 시작한다. 동시에 과학, 과학관에 대한 기존의 인식으로 인한 심리적 거리감과 학습에 대한 불안이 양가적으로 작용해 초기 진입하는데 어려움을 겪는다. 과학관에서의 문을 발견한 뒤, 자신의 관심사에 맞고 선호하는 유형의 프로그램을 통해 첫 참여를 시작한 성인은 ‘낮아진 과학관 문턱 넘기’로 의미화된 경험을 한다. 성인은 동료학습자와의 상호작용, 교수․기획자와의 상호작용하며 고립된 개인 학습자에서 관계 안의 학습자가 된다. 이는 개인이 과학관의 콘텐츠(전시물, 교육 프로그램)를 소비하고 과학 콘텐츠와 상호작용하는 참석(Presence)의 단계를 넘어서 본격적으로 타인과 과학 활동 중 서로의 생각이나 관점의 비교를 통해 활발히 교류하고 학습을 확장한다. 이들은 참여적 과학관에 프로그램에 대한 피드백을 하는 ‘기여’유형을 넘어서 수업이 진행되는 중과 끝나고 나서도 학습 소모임을 꾸려 과학관에서 활동을 지속하기 위한 프로그램을 ‘공동 제작’을 한다. 가지고 있던 기대감(want)이 충족되고 긴장감, 어색함은 해소되는 긍정적인 경험을 하며 다시 한 번 과학학습의 가치를 다시 한 번 지각하게 된다. 둘째, 참여적 과학관에서 성인의 학습 경험은 과학관으로 들어가는 ‘보이지 않는 문’을 발견하고, ‘낮아진 문턱’을 넘어서며 본격적으로 과학관의 내부자로서 정체성을 형성한 성인학습자들의 학습경험이 어떻게 발전되고 유지되는지에 대한 이야기이다. ‘나의 과학관(館)과 과학관(觀) 확장하기’로 의미화 되는 중심 경험이 구성되었다. 이전에는 한정적이던 학습의 매개물이 과학관 안의 다양한 공간과 그 안의 자원, 도구들로 확장된다. 성인학습자는 전시실과 교육실뿐만 아니라 다양한 환경과 특성을 가진 공간들을 자신들의 공간으로 재인식하고 주요 학습 공간을 확장해가며 전략적인 학습을 위해 각 공간들을 넘나들며 자신에게 필요한 자원들을 활용한다. 연구 참여자들은 과학관 내에서의 학습자간 상호작용(3단계)을 넘어 또 다른 소모임, 공동체 그리고 더 큰 커뮤니티들과의 관계망을 확장(4단계)하며 참여의 단계를 높여갔다. 과학과 관련된 다양한 인식적 영역에서 관점이 형성되고 변화하며 확장되었다. 학교에서 수업을 듣고 시험을 치는 과목으로서의 과학이 아닌, 학문으로서의 과학에 대해 인식하고 지형을 파악해나가는 노력을 한 것으로 드러났다. 학습의 기간이 길어지고 참여적 경험의 유형이 기여, 공동제작, 협력, 호스트 등 다양해지면서 연구 참여자들은 초기와는 다른 저항들을 마주한다. 학습이 장기화되고 난이도를 심화시켜감에 따라 연구 참여자들은 교양과학학습에 대한 한계를 마주하며 몸, 관계, 환경 등의 이유도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 학습자마다 가지고 있는 상황적 특성과 생애주기 관점에 따라 등장하는 어려움도 다르므로 이를 바탕으로 기관에서 반응하고 지원하는 것은 성인의 학습을 촉진시키는데 긍정적인 요인으로 작용할 것이다. 마주한 저항을 줄여주고 극복시킨 경험으로는 타인으로부터의 다양한 형태의 인정받기, 필요(Need) 지원 받기, 자신의 자원(Asset)을 결합해 나누는 것으로 드러났다. 셋째, 참여적 과학관에서 학습경험으로 인한 성인의 삶의 변화는 ‘또 다른 문 만들기’로 의미화 되었다. 이들은 학습에 대한 의지를 다짐하고 자존감에 변화를 표현하는 긍정적인 정체성을 갖게 되었다. 취업이나 대학원 진학에 도전하거나 과학관 밖에서의 커뮤니티에서 새롭게 학습을 확장하고 통합하려는 새로운 도전을 하게 되었다. 마지막으로 과학이 일상이 되어 취미로 즐기며 살아가고, 과학관 밖의 또 다른 커뮤니티들과 교류하며 과학 문화 경험을 형성하고 확장하게 되었다. 연구의 결과를 바탕으로 참여적 과학관 맥락에서의 성인의 학습 경험을 다음과 정리할 수 있다. 첫째, 개인적 차원에서는 정체성이 형성되고 변화하는 학습이었다. 성인들은 과학관에서의 학습을 통해 학습의 주체로서 그리고 과학관의 활동에 ‘참석(Presence)’하는 ‘외부자’가 아니라 진정으로 ‘참여(Participation)’하는 내부자로서의 정체성 변화를 확인할 수 있었다. 둘째, 공동체에 참여하고 사회적 경험으로 확장되는 학습이었다. 과학관에서 지속적으로 학습 활동을 하는 성인은 과학이라는 콘텐츠와 개인적인 상호작용에서 머무르지 않고 타인과의 관계맺음을 통해 공동체를 형성하고 발전시켜나갔다. 과학관 밖의 서로 다른 내용과 규모의 커뮤니티(과학기술커뮤니티, 지역사회커뮤니티 등)으로의 교류를 통해 개인적 경험에서 사회적 경험으로 확장하는 학습으로 볼 수 있다. 마지막으로 연구 결과를 바탕으로 참여적 과학관에서의 성인을 위한 평생과학학습을 위한 발전 방향을 요약하여 제시하였다. 본 연구는 참여적 과학관 맥락에서 성인의 학습 경험에 대한 생생한 이야기에 귀를 기울였고, 연구 결과는 과학관 교육기획자에게 더 많은 성인에게 문을 열고, 이들을 환대할 수 있는 전략의 기초를 제공할 수 있을 것이다.

A Study on the Foodservice Industry in Korea

Heo, Sojung KDI School 2004 국내박사

Development of electrochemical sensors for blood electrolytes, urea, and glucose analyses

Heo, Min Kwangwoon University Graduate School 2014 국내박사

Enhancing ionic conductivity and wettability with and electrolyte for secondary ion battery separator

Heo, Jinwoo Sungkyunkwan university 2016 국내석사

Dye molecules in electrolytes : new approach for suppression of dye-desorption in dye-sensitized solar cells

Heo, Nansra Sungkyunkwan University 2013 국내석사

Determination of mechanical behavior of nanoscale materials using molecular dynamics simulations

Heo, Seong-jun UMI Dissertation Services 2007 국내박사