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dc.contributor.advisor Jong-Soo Lee -
dc.contributor.author Omar Ramirez Sanchez -
dc.date.accessioned 2018-08-29T02:00:57Z -
dc.date.available 2018-08-29T02:00:57Z -
dc.date.issued 2018 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000102669 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/9207 -
dc.description.abstract With the aim to equalize solar energy and the energy production cost of fossil fuels, researchers had turned their efforts towards the development of new generations of solar cells. The synthe-sis of new materials with remarkable characteristics has been a major goal for the research community in order to overcome the limitations that had prevented the solar energy to displace the fossil fuels as our primary source of energy. Several materials are in the spotlight for its promising properties such as perovskites and chalcogenides. Among the available inorganic compounds, Cu-based chalcogenides are especially attractive for photovoltaic applications do to their potential to extend light harvesting into the near infrared region of the solar spectrum, their optical and electrical characteristics and large variety which includes earth-abundant, nontoxic and inexpensive elements.
In this work, several routes for the synthesis of copper-antimony-sulfide/selenide compounds are explored such as ligand exchange, where organic fatty ligands that surround the surface of nanocrystals are removed and replaced by shorter inorganic ones
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dc.description.abstract molecular inks, where bulk materials are dissolved in a thiol-amine mixture at low temperatures allowing a complete solution process fabrication -
dc.description.abstract and cation exchange, which is a post-synthetic strategy for the fabrication of ionic nanocrystals that allows the total or partial replacement of host cations in the lattice of a pre-synthesized parent system. Herein, the whole process of the solar cell is covered: Synthe-sis, characterization and fabrication.
The most remarkable finding in this work is the effect of the volume change (ΔV) in the crystal structure between the parent nanocrystal and the final composition on the morphology of cubic berzelianite Cu2-xSe nanoparticles while inducing partial cation exchange with Ge4+ and Sb3+. We found that in the case of Ge4+(ΔV 11.3%), the nanoparticles’ size and shape remained basi-cally the same, but when CE with Sb3+ was performed, monocrystalline nanoplates of around 200 nm were obtained. We observed that when Sb3+ goes inside the lattice of the Cu2-xSe nano-particles, it triggers a reorganization of the anion framework because of the high stress induced in the lattice. As these metastable nanoparticles gain energy as Sb3+ continues to substitute Cu+ ions, the nanoparticles start to orient and attach as a way to reduce their surface stress and en-ergy, thus forming the nanoplates. This new approach for growing larger crystals can help to overcome the limitations of small nanoparticles and to broaden even further the sea of possibili-ties to synthesize more and more complex materials.
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dc.description.statementofresponsibility open -
dc.description.tableofcontents Part I. Phase Control Synthesis of Copper Antimony Sulfide Thin Films 1--
INTRODUCTION 2--
EXPERIMENTAL SECTION 4--
RESULTS AND DISCUSSION 6--
Ligand Exchange 6--
Solution processed CuSbS2 10--
CONCLUSIONS 15--
Part II. Synthesis of Cu3SbSe3 and Cu2GeSe3 Nanocrystals via Partial Cation Exchange Reactions 16--
INTRODUCTION 17--
EXPERIMENTAL SECTION 20--
RESULTS AND DISCUSSION 22--
Cation exchange with Ge4+ 22--
Cation exchange with Sb3+ 25--
CONCLUSIONS 40--
REFERENCES 41--
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dc.format.extent 46 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Solar cells, chalcogenides, ligand exchange, molecular inks, cation exchange -
dc.title Synthesis and Characterization of Ternary Metal Chalcogenides for Photovoltaic Applications -
dc.title.alternative 태양전지 응용을 위한 삼원계 금속 칼코게나이드의 합성과 특성 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.200000102669 -
dc.description.alternativeAbstract 태양 에너지와 화석 연료의 에너지 생산 비용을 비슷하게 맞추기 위한 목적으로, 연구원들은 새로운 태양 전지의 개발을 위해 노력했다. 주목할 만한 특성을 가진 새로운 물질 합성은 화석 연료를 대체할 수 있는 태양 에너지의 한계를 극복하기 위한 연구 공동체의 주요 목표였다. perovskite와 chalcogenide 같은 유망한 물질들이 태양전지 물질로써 주목을 받고 있다. 이용 가능한 무기 화합물 중에서, 특히 copper 기반의 chalco-genide는 태양광 스펙트럼의 가까운 적외선 영역의 빛을 흡수하고, 광학적 및 전기적 특성, 무독성, 그리고 지구에 매우 많이 존재하여 값이 저렴하기 때문에 태양전지 응용에 매력적이다.

본 연구에서는 나노 표면을 둘러싸고 있는 유기 지방산 교환기를 짧은 무기물 교환기로 치환하거나 유기 지방산 교환기를 제거하는 방법들을 이용하는 것 같이, copper-antimonyy-sulfide/selenide 화합물의 합성을 위한 여러 방법을 탐색하였다
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dc.description.alternativeAbstract 분자 잉크 제작은 낮은 온도에서 부피가 큰 물질이 티올-아민 혼합물에 용해되어 완전한 용액 공정 제작이 가능하다 -
dc.description.alternativeAbstract 양이온 치환기법은 미리 합성된 물질에서 호스트 양이온의 전체 또는 부분적인 교체를 허용하는 이온 나노 시스템의 제조를 위한 사후 합성 전략이다. 여기서 물질의 합성, 특성화 및 제작과정을 포함한 태양 전지의 전체 과정을 다룬다.

본 연구에서 발견된 가장 주목할 만한 것은 입방 berzelianite Cu2-xSe의 형태를 갖는 친 나노 결정체와 부분적으로 Ge4+ 및 Sb3+ 가 치환된 결정 구조에서의 볼륨 변화(ΔV)의 효과이다. 우리는 Ge4+ (ΔV11.3%)가 양이온 치환된 경우, 나노 입자의 크기와 모양은 기본적으로 동일하게 유지되지만, Sb3+를 가진 양이온 치환이 진행되었을 때 200 nm 크기를 갖는 단결정의 nanoplate가 형성되는 것을 발견했다. 우리는 Sb3+가 Cu2-xSe나노 입자의 격자 안에 들어가면 격자에 유도된 높은 응력이 음이온 프레임워크의 재구성을 유발하는 것을 발견했다. 이러한 준 안정한 나노 입자들이 에너지를 얻을 때, Sb3+이온들이 계속해서 Cu+이온을 대체하면서 나노 입자들은 방향을 잡기 시작하고 표면 스트레스와 에너지를 감소시면서 nanoplates를 형성한다. 더 큰 결정체를 만들기 위한 이러한 새로운 접근법은 작은 나노 입자의 한계를 극복하고 더 많은 복잡한 물질을 합성하기 위한 가능성의 바다를 넓히는 데 도움이 된다.
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Energy Science and Engineering -
dc.contributor.coadvisor Yong Chan Choi -
dc.date.awarded 2018. 8 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.citation XT.EM 라38S 201808 -
dc.date.accepted 2018-07-30 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 에너지공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Sanchez, Omar Ramirez -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Jong Soo -
dc.contributor.affiliatedAuthor Choi, Yong Chan -
dc.contributor.alternativeName 오마르 라미레즈 -
dc.contributor.alternativeName 이종수 -
dc.contributor.alternativeName 최용찬 -
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Division of Energy Technology Dr. Choi Group @ DGIST ETC
Department of Energy Science and Engineering Theses Master

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