나노 임프린트 기술을 이용한 폴리머 도파로 기반의 브래그 격자형 파장 필터

安世源(Seh-Won Ahn),李起東(Ki-Dong Lee),金都煥(Do-Hwan Kim),陳元準(Won-Jun Chin),李相信(Sang-Shin Lee) 대한전기학회 2006 전기학회논문지C Vol.55 No.5

A polymeric waveguide-type wavelength filter based on a Bragg grating has been proposed and fabricated using the simple nanoimprint technique, for the first time to our knowledge. An ultraviolet transparent stamp with the single-mode waveguide pattern incorporating a surface-relief-type Bragg grating was specially designed selective dry-etching process. Using this stamp, the device fabrication was substantially involving just a single-step process of imprint followed by polymer spin-coating. The achieved maximum reflection was higher than 25 ㏈ at the center wavelength of 1569 ㎚. And the 3-㏈ bandwidth was 0.8 ㎚ for the device length of 1.5 ㎝.

나노 임프린트 기술을 이용한 폴리머 링 광공진기

김도환,임정규,이상신,안세원,이기동,Kim, Do-Hwan,Im, Jung-Gyu,Lee, Sang-Shin,Ahn, Seh-Won,Lee, Ki-Dong 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.4

A polymer optical microring resonator, which is laterally coupled to a straight bus waveguide, has been proposed and demonstrated using a nanoimprint technique. The propagation loss of the ring waveguide and the optical power coupling between the ring and bus waveguides was calculated by using a beam propagation method, then the dependence of the device performance on them was investigated using a transfer matrix method. We have especially introduced an imprint stamp incorporating a smoothing buffer layer made of a silicon nitride thin film. This layer played an efficient role in improving the sidewall roughness of the waveguide pattern engraved on the stamp and thus reducing the scattering loss. As a result the overall Q factor of the resonator was greatly increased. Also it reduced the gap between the ring and bus waveguides effectively to enhance the coupling between them, without relying on the direct writing method based on an e-beam writer. As for the achieved device performance at the wavelength of 1550 nm, the quality factor, the extinction ratio, and the free spectral range were ~103800, ~11 dB, and 1.16 m, respectively. 본 논문에서는 나노 임프린트 기술을 이용한 폴리머 링 광공진기를 제안하고 구현하였다. 공진기 역할을 하는 링 도파로에서의 전파손실과 링 및 버스 도파로 간의 광파워 결합계수를 빔전파방법을 도입하여 계산하였으며, 또한 전달 매트릭스 방법을 도입하여 이들이 소자에 미치는 영향을 분석하고 소자를 설계하였다. 특히, smoothing buffor layer를 갖는 임프린트용 스탬프를 도입하여 다음과 같은 성과를 얻을 수 있었다. 먼저 식각공정으로 얻어진 스탬프 상의 도파로 패턴의 측면 거칠기를 링 도파로의 산란손실을 개선함으로써 Q값을 획기적으로 향상시켰다. 또한, 결합영역에서 버스와 링 도파로 간의 간격을 기존 lithography 공정에서는 불가능하였던 $0.2{\mu}m$정도까지 효과적으로 줄이고 제어함으로써 링과 도파로 간의 광파워 결합을 정밀하게 조절할 수 있게 되었다. 제작된 소자의 성능을 살펴보면, 링 반경이 $200{\mu}m$인 경우에 대해 1550 nm 파장 대역에서 Q값은 ~103800이고, 소멸비는 ~11 dB, free spectral range는 1.16 nm였다.

나노 임프린트 기술을 이용한 폴리머 도파로 기반의 브래그 격자형 파장 가변 필터

김도환,진원준,이상신,안세원,이기동,Kim, Do-Hwan,Chin, Won-Jun,Lee, Sang-Shin,Ahn, Seh-Won,Lee, Ki-Dong 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.1

A tunable wavelength filter was proposed and demonstrated by using the UV nanoimprint technique. It consists of a Bragg grating in polymer waveguides and a heating electrode. The manufacturing of the grating was substantially simplified with the introduction of a smart imprint stamp containing a waveguide pattern integrated with the grating pattern. The center wavelength of the filter was successfully tuned by taking advantage of the thermooptic effect in polymers, which was induced by supplying electrical power to the electrode. For the fabricated device, a transmission dip of ${\~}$15 dB and a 3-dB bandwidth of 0.8 nm were obtained at the Bragg wavelength of ${\~}$l560 nm. The achieved thermooptic tuning efficiency was ${\~}$0.28 nm/mW, while the center wavelength was shifted from 1560 nm to 1558 nm with the electrical power consumption of 7 mW. 본 논문에서는 UV 나노임프린트 기술을 이용하여 파장가변 필터를 제안하고 구현하였다. 제안된 소자는 폴리머 도파로 기반의 브래그 격자와 열 광학효과를 위한 히팅용 전극으로 구성되어 있다. 도파로 패턴과 브래그 격자 패턴이 결합된 임프린트용 스탬프를 이용하여 브래그 격자를 구현하였다. 전극에 전력을 인가하여 폴리머의 열 광학효과를 통하여 필터의 중심파장을 효과적으로 이동시킬 수 있었다. 제작된 소자는 브래그 파장대역인 1560 nm 에서 대역저지 소멸비가 15 dB이며, 대역폭이 0.8 nm였다. 또한 소비전력이 7 mW일 때 중심파장은 1560 nm에서 1558 nm로 이동되었다. 이 때 열 광학효과 파장가변 특성이 약 0.28 nm/mW 였다.

임프린트 리쏘그라피를 이용한 나노선 편광 소자의 제작

윤상수(Sang-Soo Yoon),안세원(Seh-Won Ahn),이성은(Sung-Eun Lee),박주도(Joo-Do Park),김진성(Jin-Sung Kim),이기동(Ki-Dong Lee) 대한기계학회 2003 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2003 No.11

We have demonstrated a nanowire polarizer fabricated by the nanoimprint lithography. The nanowire polarizer is a form of an aluminum grating with a period of 200 ㎚ on a glass substrate. The polymer resist pattern for metal etching process was formed by the nanoimprint lithography with a silicon-oxide stamp, which was made by the laser interference lithography and the reactive ion etching. The polarization extinction ratio of the fabricated device is measured to be -38 ㏈ at 1550 ㎚. The nanoimprint lithography is a promising and cheap way to fabricate subwavelength-period optical elements.

Tandem cell 적용을 위한 narrow band gap을 갖는 a-Si 태양전지 개발

김선호(Kim, Sunho),유동주(You, Dongjoo),안세원(Ahn, Seh-Won),이헌민(Lee, Heonmin),김동환(Kim, Donghwan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

실리콘 박막 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 밴드갭이 다른 흡수층을 적용한 tandem형 적층 태양전지를 이용하고 있다. 일반적으로 1.7eV이상의 밴드갭이 큰 비정질 실리콘을 이용하여 단파장의 빛을 흡수하고, 상대적으로 낮은 1.1eV 정도의 밴드갭을 갖는 미세결정 실리콘 층으로 장파장을 흡수하게 된다. 이렇게 연결된 tandem형 태양전지의 효율을 극대화하기 위해서는 각 태양전지에서 발생하는 전류 밀도를 일치시키는 것이 필요하다. 이를 위해 비정질 실리콘의 두께가 증가되는 경우가 있는데 이러한 경우 비정질 실리콘의 광열화 특성(Lihgt-induced degradation)으로 안정화 효율이 감소하게 된다. 따라서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상 시켜 두께를 최소화하는 것이 매우 중요하다. Tandem형 태양전지에서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상시키기 위해 두 개의 전지사이에 광 반사층을 적용하여 태양전지를 제조하게 된다. 이러한 경우 비정질 실리콘의 전류 밀도는 증가하지만, 광 반사 층의 장파장 흡수로 인하여 하부 태양전지의 전류 밀도 감소가 더 커지게 되어 전체 발생 전류 밀도는 오히려 감소하게 된다. 본 논문에서는 비정질 실리콘의 밴드갭을 제어하여 광 흡수 파장 영역 확대로 전류 밀도를 향상시키는 연구를 진행하였다. PECVD의 RF power 조건을 제어하여 1.75eV에서 1.67eV까지 밴드갭을 변화시켰다. 이와 같은 조건의 박막을 광 흡수층으로 갖는 p-i-n 구조의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. i층의 밴드갭이 감소됨에 따라 장파장 영역의 흡수가 확대되어 전류 밀도가 증가 하였지만, Voc의 감소가 컸다. 이는 i층의 밴드갭이 좁아짐에 따라 p층과의 불연속성이 커졌기 때문이다. 이러한 악영향을 줄이기 위해 p층과 i층 사이에 buffer층을 삽입하여 태양전지를 제작하였다. 이와 같은 최적의 buffer층 삽입을 통하여 불연속성을 줄임으로써 Voc의 상승효과를 확인하였다. 본 연구의 결과로 좁은 밴드갭을 갖는 광 흡수 층을 적용하여 전류 밀도를 향상시키고, 최적화된 buffer층 삽입으로 Voc를 향상시킴으로써 고효율의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 이를 tandem형 태양전지에 적용할 경우 초기 효율뿐만 아니라 얇은 두께에서 제조할 수 있기 때문에 광열화 특성이 향상되어 안정화 효율의 증가를 가져올 수 있다.

Enhancement of Crystallinity in ZnO:Al Films Using a Two-Step Process Involving the Control of the Oxygen Pressure

문태호,윤원기,이승윤,지광선,어영주,안세원,이헌민,Moon, Tae-Ho,Yoon, Won-Ki,Lee, Seung-Yoon,Ji, Kwang-Sun,Eo, Young-Joo,Ahn, Seh-Won,Lee, Heon-Min The Korean Vacuum Society 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.2

ZnO:Al 박막은 산소 압력을 조절한 두 번의 증착 과정을 이용하여, DC 펄스 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 증착되었다. 시드막은 다양한 Ar/$O_2$ 압력비에서 증착되었으며, 벌크막은 순수한 Ar가스를 사용하여 증착되었다. 시드막 증착시 산소 압력이 증가함에 따라, 결정성과 (002) 배향성의 정도는 증가했다. 비저항은 시드가 없는 샘플의 경우 $4.7\times10^4\Omega{\cdot}cm$ cm로부터 Ar/$O_2$ = 9/1 샘플의 경우 $3.7\times10^4\Omega{\cdot}cm$까지, 결정성의 증가와 함께 점차 감소했다. 에칭된 표면은 분화구 형상의 구조를 보여주었으며, 급격한 형상 변화가 결정성 증가와 함께 나타났다. Ar/$O_2$= 9/1 조건의 샘플은 500 nm 에서 88%의 매우 높은 haze 수치를 보여주었으며, 이는 AFM 이미지에서 보여지는 것처럼 큰 표면 구조 크기에 의해 설명된다. ZnO:Al films were deposited by DC-pulsed magnetron sputtering using a two-step process involving the control of the oxygen pressure. The seed layers were prepared with various Ar to oxygen flow ratios and the bulk layers were deposited under pure Ar. As the oxygen pressure during the deposition of the seed layer increased, the crystallinity and degree of (002) texturing increased. The resistivity gradually decreased with increasing crystallinity from $4.7\times10^4\Omega{\cdot}cm$ (no seed) to $3.7\times10^4\Omega{\cdot}cm$ (Ar/$O_2$ = 9/1). The etched surface showed a crater-like structure and an abrupt morphology change appeared as the crystallinity was increased. The sample deposited at an Ar/$O_2$ flow ratio of 9/1 showed a very high haze value of 88% at 500 nm, which was explained by the large feature size of the craters, as shown in the AFM image.

다중 적층형 박막 실리콘 태양 전지의 터널 접합 특성 연구

황선태(Hwang, Sun-Tae),심현자(Shim, Jenny H.),정진원(Chung, Jin-Won),안세원(Ahn, Seh-Won),이헌민(Lee, Heon-Min) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

박막 실리콘 태양 전지는 저가격화 및 대량생산, 대면적화에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 단점으로 지적되는 낮은 효율을 극복하기 위해 광흡수층의 밴드갭이 서로 다른 두 개 이상의 박막을 적층하여, 넓은 파장 대역의 빛을 효과적으로 흡수함으로써 광변환 효율을 올리기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 서로 다른 밴드갭의 광흡수층을 가진 p-i-n 구조를 다중 적층하여 고효율의 태양 전지를 제작하기 위해서는 n-도핑층과, p-도핑층 간에 전자와 정공이 빠르게 재결합할 수 있는 터널 접합(Tunnel Recombination Junction)의 형성이 필수적이며, 이때 광손실이 최소화되도록 해야한다. 만약 터널 접합이 적절하게 형성되지 않으면 결합되지 않은 전자와 정공이 도핑층 사이에 쌓이게 되고, 도핑층 사이의 저항 증가로 태양 전지의 광변환 효율은 크게 하락한다. 이번 연구에서는 터널 접합이 잘 이루어지게 하기 위한 n-도핑층 및 p-도핑층 박막의 특성과, 터널 접합의 특성에 따른 적층형 태양 전지의 광효율 변화를 확인하였다. 광흡수층 및 도핑층은 TCO(SnO₂:F, Asahi) 유리 기판 위에 PECVD를 사용하여 p-i-n 구조로 RF Power 조건에서 증착되었고, {mu}c-Si 광흡수층의 경우에는 VHF Power 조건에서 증착되었다. 광흡수층이 a-Si/{mu}c-Si의 구조를 가지는 이중 접합 태양 전지에서 {mu}c-Si n-도핑층/{mu}c-Si p-도핑층 사이의 터널 접합 실험 결과 n-도핑층 및 p-도핑층의 결정화도와 도핑 농도를 조절하여 터널 접합의 저항을 최소화했고, 터널 접합 특성이 이중 접합 셀의 광효율 특성과 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 광흡수층이 a-Si/a-SiGe/{mu}c-Si의 구조를 가지는 삼중 접합 태양 전지 실험의 경우 a-Si과 a-SiGe 광흡수층 사이에 {mu}c-Si n-도핑층/{mu}c-Si p-도핑층/a-SiC p-도핑층의 구조를 적용하여 터널 접합을 형성하였으며, {mu}c-Si p-도핑층의 두께 및 박막 특성을 개선하여 광손실이 최소화된 터널 접합을 구현하였고, 삼중 접합 태양 전지에 적용되었다.

나노 임프린트 리소그라피와 식각 공정을 통한 알루미늄 나노 패턴 제조 방법

김상훈(Sang Hoon Kim),이기동(Ki-Dong Lee),안세원(Seh-Won Ahn),김진성(Jin-Sung Kim),박주도(Joo-Do Park),이상훈(Sarng H. Lee),윤필원(Phil-Won Yoon) 대한기계학회 2004 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2004 No.11

Aluminum(Al) nano-pattern with a 200 ㎚ period and a 150 ㎚ height was achieved using nanoimprint lithography(NIL) and reactive ion etching (RIE). Pattern formation of etch mask for Al film etching was performed by nanoimprint lithography. We used a SiO₂ mold with a size of 5 × 5 ㎠ which was fabricated using the laser interference lithography and RIE. We optimized imprint process for Al/glass substrate and tested imprint resists for the Al etching. Among the tested imprint resists, mr-I 8020 resist shows a good etch selectivity of 2 against Al. Nanoimprint lithography combined with RIE is proved to be useful for the fabrication of Al nano-pattern.

Enhancement of Crystallinity in ZnO:Al Films Using a Two-Step Process Involving the Control of the Oxygen Pressure

Taeho Moon(문태호),Wonki Yoon(윤원기),Seung-Yoon Lee(이승윤),Kwang Sun Ji(지광선),Young-Joo Eo(어영주),Seh-Won Ahn(안세원),Heon-Min Lee(이헌민) 한국진공학회(ASCT) 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.2

ZnO:Al 박막은 산소 압력을 조절한 두 번의 증착 과정을 이용하여, DC 펄스 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 증착되었다. 시드막은 다양한 Ar/O₂ 압력비에서 증착되었으며, 벌크막은 순수한 Ar가스를 사용하여 증착되었다. 시드막 증착시 산소 압력이 증가함에 따라, 결정성과 (002) 배향성의 정도는 증가했다. 비저항은 시드가 없는 샘플의 경우 4.7×10?⁴ Ωㆍ㎝로부터 Ar/O₂ = 9/1 샘플의 경우 3.7×10?⁴ Ωㆍ㎝까지, 결정성의 증가와 함께 점차 감소했다. 에칭된 표면은 분화구 형상의 구조를 보여주었으며, 급격한 형상 변화가 결정성 증가와 함께 나타났다. Ar/O₂ = 9/1 조건의 샘플은 500 ㎚에서 88%의 매우 높은 haze 수치를 보여주었으며, 이는 AFM 이미지에서 보여지는 것처럼 큰 표면 구조 크기에 의해 설명된다. ZnO:Al films were deposited by DC-pulsed magnetron sputtering using a two-step process involving the control of the oxygen pressure. The seed layers were prepared with various Ar to oxygen flow ratios and the bulk layers were deposited under pure Ar. As the oxygen pressure during the deposition of the seed layer increased, the crystallinity and degree of (002) texturing increased. The resistivity gradually decreased with increasing crystallinity from 4.7×10?⁴ Ωㆍ㎝ (no seed) to 3.7×10?⁴ Ωㆍ㎝ (Ar/O₂ = 9/1). The etched surface showed a crater-like structure and an abrupt morphology change appeared as the crystallinity was increased. The sample deposited at an Ar/O₂ flow ratio of 9/1 showed a very high haze value of 88% at 500 ㎚, which was explained by the large feature size of the craters, as shown in the AFM image.

유 무기 페로브스카이트 태양전지의 열화와 안정성

조경진(Kyungjin Cho),김성탁(Seongtak Kim),배수현(Soohyun Bae),정태원(Taewon Chung),이상원(Sang-won Lee),이경동(Kyung Dong Lee),이승훈(Seunghun Lee),권구한(Guhan Kwon),안세원(Seh-Won Ahn),이헌민(Heon-Min Lee),고민재(Min Jae Ko),강윤묵(Yo 한국태양광발전학회 2016 Current Photovoltaic Research Vol.4 No.2

The power conversion efficiency of perovskite solar cells has remarkably increased from 3.81% to 22.1% in the past 6 years. Perovskite solar cells, which are based on the perovskite crystal structure, are fabricated using organic-inorganic hybrid materials. The advantages of these solar cells are their low cost and simple fabrication procedure. Also, they have a band gap of about 1.6 eV and effectively absorb light in the visible region. For the commercialization of perovskite solar cells in the field of photovoltaics, the issue of their long term stability cannot be overlooked. Although the development of perovskite solar cells is unprecedented, their main drawback is the degradation of the perovskite structure by moisture. This degradation is accelerated by exposure to UV light, temperature, and external bias. This paper reviews the aforesaid reasons for perovskite solar cell degradation. We also discuss the research directions that can lead to the development of perovskite solar cells with high stability.