The Effect of Al Addition on The Properties of Cu(In,Al)Se2 Solar Cell Absorber Prepared at Various [Cu]/[In] Ratio by Pulsed Laser Deposition and Selenization : 펄스 레이저 석출과 셀렌화 처리에 의해 제조한 여러 [Cu]/[In] 비를 가지는 Cu(In,Al)Se2 태양전지 광흡수층

피안티 Graduate Scool of Yeungnam University 2015 국내박사

박사 논문 펄스 레이저 석출과 셀렌화 처리에 의해 제조한 여러 [Cu]/[In] 비를 가지는 Cu(In,Al)Se2 태양전지 광흡수층에서 Al 첨가의 영향 FIANTI 영남대학교 대학원 신소재공학과 지도교수: 김규호 초록 CuInSe2는 광흡수계수가 높아 태양전지 광흡수층 재료로 주목을 받고 있으나 밴드갭 에너지가 다소 낮아 이의 개선이 요구되고 있다. 이에 Al을 첨가하면 밴드갭을 제어 할 뿐만 아니라 In을 저감할수 있어 원가 절감에도 기여 할 수 있을 것으로 판단된다. 먼저,다양한 [Cu]/[In] 비를 가지는 CuIn,Se2 박막을 제조하고 Al 첨가에 따른 특성을 조사하여 태양전지 광흡수층 재료로서의 활용 가능성을 조사하였다. 이를위해 PLD에 의해 대조군으로 CuInSe2 박막을 제조하였다. 박막은 크게 3종류 즉, 화학양론조성, Cu rich, Cu poor, CuInSe2 조성으로 분류하여 특성을 조사하였다.물성에 있어서는 P 타입 반도체이며 높은 광흡수 계수와 높은 캐리어 특성을 나타내었다. Cu(In,Al)Se2 에서도 마찬가지로 3종류 즉,[Cu]/[In] > 0.95, 0.95 - 0.43, < 0.43 조성군으로 분류 하였다. 모든 조성군에서 Cu의 박막 특성에 미치는 영향은 적었으나 Al첨가 영향은 나타났다. [Cu]/[In] 비가 0.95 - 0.43의 Cu(In,Al)Se2 박막에서는 단일상의 Chalcopyrite 구조이었으나, 다른 조성군에서는 Chalcopyrite 상과 다른 2차상 물질로 구성되어 있었다. Al 첨가에 따라 c 축이 짧아 지는 tetragonal 구조의 수축이 일어났다. Al이 증가함에 따라, 광흡수계수는 104-5 cm-1, 밴드갭에너지는 2.24 eV로 증가하였다.그러나 [Cu]/[In] 비가 0.43이하에서는 이러한 현상은 일치하지 않았다. [Cu]/[In] 비가 0.43 이하의 박막을 제외한 모든 박막은 p-type semiconductor특성을 나타내었으며, 캐리어 농도는 [Cu]/[In] 비가 0.95 이상에는 1019-20 cm-3이었으나 일반적으로 1018 cm-3 정도로 나타났다. 이는 태양전지의 높은 변환효율을 얻기 위해서는 다소 높은 값이다. 모든 박막들은 기판과 접합성이 우수하였으나 Al 함량이 높아지면 박막 두께가 얇게 나타났다. 일반적으로 태양전지 광흡수층 재료로 권장되는 [Cu]/[In] 비는 0.95 - 0.43이며 태양전지 요구조건을 만족시키기 위해 Al 첨가가 유효하였다. Al 첨가한 Cu(In,Al)Se2 는 균질한 단일상의 형성과, p-type 반도성, 높은 캐리어 농도와 높은 광흡수계수, 그리고 편평하고 치밀한 박막이 얻어졌다. 이들 특성은 태양전지 광흡수층 재료로서의 요구조건과 잘 일치한다.Al 첨가한 Cu(In,Al)Se2 는 CuInSe2 태양전지 재료의 특성 개선에 효과적인 것으로 판단된다. Ph.D. Dissertation The Effect of Al addition on The Properties of Cu(In,Al)Se2 Solar Cell Absorber With Various [Cu]/[In] Ratio Prepared by Pulsed Laser Deposition and Selenization FIANTI Graduate School of Yeungnam University Department of Materials Science and Engineering Major in Materials Science and Engineering Advisor: Kim, Kyoo Ho Abstract Research in solar cell considers the use of CuInSe2 that has the highest absorption coefficient compared to others, but its band gap energy is low that should be improved by band gap energy widening. Cu(In,Al)Se2 is developed by Al addition into CuInSe2 for lowering cost and widening the band gap energy. Therefore, the effect of Al addition on the properties of Cu(In,Al)Se2 thin film at various [Cu]/[In] ratio was investigated according to the solar cell absorber requirement. The growth of CuInSe2 was performed to be the reference in the investigation on Cu(In,Al)Se2. It was prepared with various [Cu]/[In] ratio by pulsed laser deposition (PLD) and selenization. The results show that the properties are close to the standard CuInSe2 absorber, i.e. p-type conductivity with high absorption coefficient, and carrier concentration. Regarding to the properties, the thin films can be divided into three; stoichiometry to Cu rich, Cu poor, and very Cu poor CuInSe2 compositions. Cu(In,Al)Se2 was grew at various [Cu]/[In] ratio by the same procedure of CuInSe2. The results show almost the same tendency as CuInSe2 thin films, where the thin films can be grouped into three groups according to their properties; Cu(In,Al)Se2 thin films with [Cu]/[In] ratio more than 0.95, in the range of 0.95 to 0.43, and less than 0.43. In each group, the Cu content almost does not take a role in changing the film properties, but Al addition does. The results show that Al keeps the chalcopyrite structure, where Cu(In,Al)Se2 grew in single phase at [Cu]/[In] ratio in the range of 0.95 to 0.43 and others grew with secondary phases. The Al addition shrinks the tetragonal, where the lattice parameter c is shorter in higher Al addition. All absorption coefficient are high, 104-5 cm-1, band gap energy widening can be controlled by Al addition until 2.24 eV, except those of thin films with [Cu]/[In] ratio less than 0.43. All thin films exhibit p-type semiconductor, except thin films with [Cu]/[In] ratio less than 0.43. All film carrier concentrations are high, 1018 cm-3, except those of thin films with [Cu]/[In] ratio more than 0.95, i.e. 1019-20 cm-3, that is too high causing low efficiency in energy conversion. All thin films show adhesivity to the substrate, however, the films are thinner in higher Al addition. Generally, the recomended thin film composition is composition with [Cu]/[In] ratio in the range of 0.95 to 0.43, where the thin film properties can fulfill the solar cell absorber requirements and be controlled well by Al addition. Here, Al addition does not degrade the good properties of the ancestor compound, CuInSe2, where Cu(In,Al)Se2 thin films show single phase formation, p-type, high carrier concentration, high absorption coefficients, and flat-dense film with homogeneous grains. Those are match to the requirements of a good solar cell absorber. By this, solar cell absorber based on Cu(In,Al)Se2 can be engineered and improved by Al addition in gaining the cell’s efficiency.

(An) exploratory and empirical study of competitive market structure by using Google trends data

심우찬 Graduate Scool, Korea University 2016 국내석사

Consumers search for information about brands and products before making a purchase decision in case of high involvement products. A typical information search behavior is using ‘search engine service’ such as Google, Baidu, Naver and Yahoo and their behavior can be easily monitored by using ‘search query’ data. As search engines provide quasi real-time search query data, researchers are now able to collect data and utilize them in research. In a variety of academic fields such as epidemics, economics, finance, technology, and more, many researches regarding using search query data have already been studied. As the importance of internet search increases over time, many researchers in marketing also started to pay attention to search query volume data. However, there are only a few empirical studies using the secondary data. This study collects search query time series data of 11 major automobile brands in the U.S. market at the state level from ‘Google Trends’. The objective of this research is to compare search queries of several brands in consumers' consideration set and try to figure out their competition structure by using dynamic factor analysis and Tucker’s congruence coefficient. The study hypothesizes the variation of search queries of 11 automobile brands is sufficiently explained by two common trends and each trend is sufficiently explained by luxury brands or non-luxury brands. However, unlike the hypotheses, the results indicate most states have from 2 to 4 hidden trends and each trend is explained by both luxury and non-luxury brands.

Micro-Nanostructured metal oxide/carbon composite fabricated using combustion synthesis for electrochemical energy storage electrodes

신동준 Graduate Scool, Korea University 2021 국내박사

본 논문에서는 연소 합성을 이용하여 나노-마이크로 구조화된 금속 산화물/탄소 복합체를 합성하고 이를 전기 화학 에너지 저장 시스템인 슈퍼 커패시터 및 배터리에 적용함으로써 성능 향상에 대해 논의한다. 먼저, 연소 합성을 MnO2 나노 입자에 적용하여 공기 및 Ar 환경에서 산소 농도에 따른 불완전 연소로 산화 망간 표면을 비정질 탄소막으로 코팅하였다. MnO2에서의 산소 방출과 탄소막 두께를 산소 농도로 조절하고 코어-쉘 구조의 Mn2O3/Mn3O4/MnO@C and MnO@C를 쉬운 단일 공정으로 만들 수 있었다. 이렇게 만들어진 코어-쉘 구조를 슈퍼 커패시터 전극으로 사용하여 탄소막과 코어-쉘 구조의 효과를 분석하였다. 또한 이 탄소 막 코팅 공정을 TiO2 코어에 적용하고, 씌워진 탄소 막을 산화 환원 반응을 통해 MnO2 막으로 치환하여 슈퍼 커패시터의 활물질로 이용하고, 두 번째 탄소 막 코팅을 이어서 씌워 TiO2@MnO2@C 삼중 코어-쉘 나노-마이크로 구조 입자를 합성하였다. 이러한 코어-쉘 및 삼중 코어-쉘 구조는 산화 망간의 낮은 전기 전도도를 극복하고 전극 재료를 보호하여 전기 화학적 안정성을 높일 수 있었다. 또한 MWCNT, 화학 연료, 망간 질산염이 혼합된 전구체를 연소시켜 MnO2-x/MWCNT 복합 재료를 만들었다. 이 복합재의 전기화학적 활성화를 통해 다공성의 판형 MnO2가 MWCNT에 얽혀 있는 나노 구조를 만들 수 있었다. 이렇게 만들어진 나노-마이크로 구조 물질은 슈퍼 커패시터 전극으로 만들어져 분석되었고 높은 전기전도도의 MWCNT로 연결된 판형 MnO2 구조를 통해 MnO2의 낮은 전기전도도를 극복하여 높은 용량과 안정성을 갖는 슈퍼 커패시터 전극으로 만들 수 있었다. 또한, 5개의 금속 질산염과 연료, MWCNT의 혼합물의 연소를 통해 금속 산화물/MWCNT 복합체를 얻고 하소 과정을 통해 과도한 탄소 잔여물을 제거하고 환원된 구리 금속과 고 엔트로피 금속 산화물과 MWCNT가 섞여 있는 구조를 만들 수 있었다. 고 엔트로피 산화물은 높은 구성 엔트로피로 안정된 물질로 동일한 조건에서 기존 산화물보다 안정된 상을 가지고 있어서 전기화학적 응용에 연구가 되어지고 있다. 만들어진 Cu-HEO/MWCNT 구조는 리튬 이온 배터리 음극으로 사용되었을 때 우수한 사이클 안정성과 충∙방전 율속 특성을 가졌다. 연소 공정에 이은 전기화학적 활성화, 하소와 같은 추가적인 공정을 통해 연소 합성을 이용하여도 복잡하고 특이한 나노 마이크로 구조의 물질을 합성하고 높은 에너지 밀도, 충∙방전 속도 및 전기화학적 충/방전 안정성을 갖춘 고성능의 EES 전극들을 만들 수 있었다. This thesis discusses an improved performance of an electrochemical energy storage (EES) system (i.e., a supercapacitor and a battery) by synthesizing a nano-microstructured metal oxide/carbon composite using combustion synthesis. First, combustion synthesis is applied to MnO2 nanoparticles to cover the surface of manganese oxide with an amorphous carbon shell induced by incomplete combustion, depending on the oxygen concentration in an open-air or argon environment. Oxygen release is controlled from MnO2 with the oxygen concentration, and a facile one-step synthesis of core-shell structured Mn2O3/Mn3O4/MnO@C and MnO@C is demonstrated. These fabricated core-shell structures are used as supercapacitor electrodes and analyzed to determine the effect of the carbon-shell coating and core-shell structure. Furthermore, the developed carbon-shell coating process is applied to the formation of hybrid triple core-shell metal oxides. The first carbon-shell layer, enabled through a combustion synthesis, is synthesized on the TiO2 nanoparticles and sequentially replaced with a MnO2 shell through a KMnO4 redox reaction. An additive carbon-shell layer is then fabricated using combustion synthesis, thereby creating noble and unique nano-microstructured particles. The core-TiO2 nanoparticles and carbon shell prevent a deformation and pulverization of the MnO2 inner shell, and the carbon shell acts as a fast charge transfer path to the MnO2. The nanostructures of TiO2@MnO2@C enhance the poor electrical conductivity of MnO2 and achieve a superior performance of electrochemical supercapacitors with long-term cycling. These core-shell and triple core-shell structures can overcome the low electrical conductivity of manganese oxide and increase the electrochemical stability by protecting the electrode material during long-term electrochemical cycles. Next, a metal oxide/MWCNT composite for electrochemical electrodes is fabricated by burning a precursor mixed with MWCNTs, chemical fuel, and metal nitrate. Porous and interconnected networks are necessary to achieve a high specific area and outstanding electrochemical resistance, and the fabrication of a rationally designed hybrid requires complex procedures. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) are a promising 1D-material with a high electrical conductivity and specific area. The fabrication of metal oxide/MWCNT composites through a combustion synthesis is a facile and effective way to achieve an outstanding performance for electrochemical applications. Sol-gel-driven combustion synthesis of manganese nitrate and an MWCNT composite are used to fabricate MnO2-x/MWCNT hybrids, and the hybrids are anodized and oxidized through electrochemical activation using cyclic voltammetry. Electrochemical activation transforms MnO2-x/MWCNT hybrids into porous and interconnected MnO2/MWCNT electrodes consisting of plate-like MnO2 structures and embedded MWCNTs. This nano-microstructure was analyzed as a supercapacitor electrode and exhibited highly enhanced specific capacitance and long-term capacitance retention. Finally, five-element transition metal nitrates are used as precursors of metal oxides, and the metal nitrates/MWCNTs are combusted into metal oxide/MWCNT composites. The composite was calcinated in a furnace to remove excess carbon residue and transform metal oxides into high-entropy oxide (HEO), which leaves copper nanoparticles embedded in MWCNT networks, providing a high percolation of the electrode and a high electrical conductivity. HEO is an entropy-stabilized material with an increased configurational entropy obtained by mixing five or more equimolar or non-equimolar cations. Owing to the increase in entropy, a stable phase of the material is achieved. The fabricated HEO/MWCNT composite is mixed with a binder and coated on copper foil to make the electrode and was tested as a lithium-ion battery anode. The nano-micro electrode material with a unique structure with HEO achieves a superior performance in terms of stable cyclic retention and a high-rate capability. The novel approaches using facile combustion processes, which are reported in this thesis, will contribute to the synthesis of functional hybrids of unique nano-microstructured metal oxide and carbon-based materials, and the development of versatile EES electrodes with a high energy density, rate capability, and cyclic charge–discharge stability.

Effect of Scutellaria balicalensis Georgi extract on inorganic mercury-induced cell injury in human glioma cells

Jeong, Ho-Gi Graduate Scool, Dongguk University 2002 국내석사

항산화 효과를 가지고 있는 것으로 알려진 黃芩추출물이 사람의 glia 세포에서 수은에 의한 세포 손상을 방지하는 지를 확인하기 위하여 본 실험을 시행하였다. 사람의 glioma 세포주인 A172 세포를 이용하였고, 세포 사망 정도는 3-[4,5-dinlethyithiazol-2-yl]-2,5-diphenyl tetrazolimn bromide(MTT) assay를 이용하여 평가하였다. 또한 DNA 손상 정도를 알기 위하여 double-stranded DNA의 량을 측정하였다. 수은은 농도 의존적으로 세포 사망을 유도하였으며 이러한 효과는 hydroxyl radical 제거제인 dimethylthiourea에 의해 방지되었으나 superoxide 분해 효소인 superoxide dismutase와 hydrogen peroxide 분해 효소인 catalase에 의해서는 영향을 받지 않았다. 철 착염제인 phenanthroline은 수은에 의한 세포 사망을 방지하였으나, 항산화재인 DPPD와 Trolox는 수은에 의한 세포 사망을 방지하지 못하였다. 이러한 결과는 수은이 지질의 과산화를 통해 세포 사망을 일으키지 않음을 가리킨다. 수은에 의한 세포 사망은 thiol reagents들에 의해 방지되었다. 黃芩추출물은 농도 의존적으로 수은에 의한 세포 사망을 방지하였다. 수은은 DNA 손상을 유도하였으며, 이러한 효과는 黃芩추출물과 phenanthroline에 의해 방지되었으나 항산화제인 DPPD에 의해서는 영향을 받지 않았다. 黃芩추출물은 glucose oxidase/glucose에 의한 H(2)O(2)의 생성을 억제하였다. 이러한 결과로 사람의 glioma 세포에서 수은은 지질의 과산화에 의해서 보다는 철에 의존적인 기전을 통해 세포 사망을 일으키며, 黃芩의 방지 효과는 2가 철의 자동산화에 의하거나 또는 반응성산소기의 생성을 억제하는데 기인하는 것으로 판단된다.