바이오소자 에너지 하베스팅을 위한 GaAs 유연 태양전지 연구
- 주제(키워드) 유연 태양전지 , 유기 전기화학 트랜지스터 , 표면 개질화 , 피부 부착 기기
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재진
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032584
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
박막형 갈륨 아세나이드(GaAs) 단일접합 태양전지는 가벼운 무게, 물질 안정성, 고효율을 바탕으로 휴대용 에너지원으로써 널리 연구되며, 지속적인 전력 공급으로 센서와의 연동을 통해 웨어러블, 혹은 자가발전 바이오소자 시스템에 활용될 수 있다. 기존의 벌크형 태양전지는 두꺼운 기판으로 인해 굴곡진 피부와의 접착이나 다른 바이오소자와의 연동에 어려움이 있으므로, 생체적합성 물질 위에 박막형 태양전지를 구현하여 유연성과 생체적합성을 부가하는 것이 필연적이다. 해당 연구에서는, 이중전사 기술을 통한 100 μm 두께의 폴리디메틸실록세인 (PDMS) 기판 위에 GaAs 유연 태양전지를 구현하였고, GaAs와 PDMS 두 물질을 접합하기 위해 표면 개질화 기술을 차용하여 실온, 대기압 조건에서의 접착으로 신뢰성 있는 소자 구현에 성공하였다. 태양전지는 16.77%의 외부양자효율, 1.018V의 개방전압, 20.641 mA/cm2의 단락전류밀도, 79.83%의 충진율에 해당하는 성능을 보였으며, 피부에 부착 가능한 유기 전기화학 트랜지스터(OECT) 와의 연동으로 자가발전 심전도 신호 측정에 성공하였다.
more초록/요약
Thin-film GaAs solar cells are favorably used for a highly portable energy harvester due to their high efficiency, reliability, and operational stability, providing a continuous power supply for wearables and a self-powering system by sensor integration. However, there has been a technical barrier to GaAs solar cells for wearable applications because of the relatively thick device architecture, limiting their implantation as a wearable power source integration with skin/textile compatible electronic devices and sensors. Therefore, it is a prerequisite to reduce the flexural rigidity of devices targeting a form-factor-free and comfortable device structure. In this study, we demonstrated ultrathin and flexible GaAs solar cells with a bending radius lower than 5 mm via a double-transfer technique. The reproducible surface modification technique for strong bonding between dissimilar materials (GaAs-PDMS) without external pressure and thermal intensive processes enables reliable solar cell performances with PCE of 16.77%, Voc of 1.018 V, Jsc of 20.641 mA/cm2 , and FF of 79.83%. As a proof of concept, we demonstrated lownoise self-powered electrocardiogram sensors by integrating skin-compatible organic electrochemical transistors (OECTs) as futuristic skin-compatible sensors.
more목차
제1장 서론 1
제2장 GaAs 유연 태양전지 제작 4
1. 태양전지 구조와 이중전사 기술 4
2. GaAs 유연 태양전지 특성 확인 11
제3장 GaAs 유연 태양전지를 통한 바이오 소자 에너지 하베스팅 13
1. 유연성과 성능 안정성 13
2. 자가발전 바이오 신호 추출 16
제4장 결론 20
참고문헌 21
