태양전지의 시장 경쟁력을 위해선 발전단가가 낮아야 하기 때문에, 현재까지도 더 높은 효율의 태양전지가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 더 높은 효율의 태양전지를 설계하기 위하여 광학적인 시뮬레이션을 이용하여 HIT 태양전지 구조에서 흡수가 큰 태양전지의 구조를 예측하였고, 이러한 구조에 대해서 EDISON 나노물리에서 지원하는 “태양전지 해석용 SW”를 사용하여 효율을 계산하였다. 소프트웨어를 통한 계산 결과 태양전지에 의한 흡수가 클수록 이는 직접적으로 전류밀도의 향상으로 나타났고, 따라서 효율이 증가하였다. 이러한 광학적인 예측을 통하여 105.8 W/m2의 효율을 가지는 태양전지를 디자인 함으로써, 기존 HIT 태양전지의 효율인 56.62 W/m2 보다 약 1.868배 향상된 태양전지를 구현하였다.

https://nano.edison.re.kr/ 에서 제공하는 Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 이용하여 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 산소 발생 반응의 과전압을 알아보았다. 화학 반응에 참여하는 정렬된 FCC PtFe의 표면 방위는 표면 에너지 계산을 통해 (111) 면으로 설정하였다. 과전압 값은 산소 발생 반응의 각 단계의 자유 에너지 변화를 계산하여 양의 반응 에너지이다. 과전압 측정 결과 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 과전압은 각 각 0.623875eV, 0.603118eV 이다.

유기 반도체의 전하 이동 특성은 그 구조적 특성에 매우 민감하다. 따라서 재료의 특성을 정확히 예측하기 위해서는 정확하게 구조를 모델링할 필요가 있다. 본 연구에서는 OLED에 널리 쓰이는 α‒NPD의 구조를 분자동역학을 통해 예측하기 위하여 OPLS-AA force field를 기반으로 하여 dihedral coefficient를 최적화하였다. DFT 계산을 기준으로 이를 근사하는 dihedral coefficient를 계산하였으며 α‒NPD의 중앙에 위치한 biphenyl dihedral의 경우, K2 = 2.74 kcal/mol, K4 = −0.12 kcal/mol을 얻었다. 또한 이를 이용하여 melt-quench 방법을 통해 α‒NPD의 비정질 구조를 모델링하였다. 계산으로 얻어진 밀도는 1.11 g/cm3이며 실험값은 1.12 g/cm3이다.

제일원리계산을 기반으로 실리센을 보호하는 h-BN의 효과에 대해 연구하였다. h-BN의 화학적 안정성으로 인하여, 실리센에 대한 기판과 불순물의 영향을 차단하여 자유지지 실리센의 성질을 유지하는 것을 보였다. 부분적으로 수소처리된 실리센 역시 h-BN 단일층 내에서 안정적으로 고유의 성질을 나타내는 것을 보였다.

EDISON 나노물리 사이트의 태양전지 해석용 SW를 이용하여 최대전력을 얻을 수 있는 태양전지의 구조를 설계 및 파악해보았다. 최대전력을 얻기위한 조건으로는 Layer의 층 수 와 각 Layer의 물성과 두께, 각 Layer의 도핑밀도가 있다. 위의 조건들을 조절하여 태양전지의 최대전력을 얻을 수 있는 구조를 SW를 통하여 설계, 분석하였다.

EDISON 나노물리 사이트에 탑재된 태양전지 해석용 SW를 이용하여 최대전력(power)을 얻을 수 있는 태양전지 구조를 설계 및 파악해보았다. 최대전력을 얻기 위한 조건으로는 Number_of_Layer 즉, 층의 수(2~10가능)와 각 Layer의 물성(단결정, 비정질, 미세단결정)과 각 Layer의 두께, 각 Layer의 도핑밀도가 있다. 이러한 조건들을 조절하여 태양전지의 가장 높은 최대전력을 얻을 수 있는 구조를 SW를 통하여 설계하고, 분석하였다.

Ripples and charge impurity effect of graphene are considered as the origin of charge puddles in graphene sheet on SiO2. However, this topic is very controversial among researchers in graphene community. In this study, by using density functional theory, we calculate the band structure of the rippled graphene model and charged impurity model that is located close to the (0001) α-quartz surface. We expect that this study will provide great insight on this matter.

Trilayer graphene에 비활성기체 중 하나인 Ne 원자가 어떤 영향을 미치는지에 대해 density functional theory calculation을 이용해서 연구하였다. ABA stacked trilayer graphene의 4x4 super cell에서 top surface에 adsorption되는 경우와 trilayer 내부에 intercalation 되는 경우에 대하여 energy를 계산하여 Ne 원자들의 안정한 위치를 찾았다. Adsorption의 경우 hollow site가 가장 안정하였고 intercalation의 경우에도 top layer의 hollow site의 아래가 가장 안정하였다. 또한 Ne 원자 2개가 adsorption되는 경우의 adsorption energy를 통하여 Ne 원자들 사이의 상호작용을 예측하였다.

이 연구에서는 원자 궤도 함수 기반 DFT 전자구조 계산을 이용해서 최근 각광받고 있는 이차원 물질인 MoS2 monolayer의 S 자리와 Mo 자리에 각각 전자가가 다른 원자를 치환하였을 때의 도핑 특성을 Density of States (DOSs)와 밴드구조 등의 전자구조를 통해 분석해 보았다. S자리에 Cl, Si, I, B, C, Mo 자리에는 Hf, Ta, 그리고 Re을 치환해 보았으며 계산 결과 S자리에 Cl을 치환했을 때 가장 얕은 acceptor level (VBM으로부터 0.08 eV)이 형성되었으며, Mo자리에 Re를 치환했을 때에는 resonant state를 형성하였다. 또한 Mo자리에 Ta를 치환했을 떄 가장 얕은 donor level (CBM으로부터 0.02 eV)가 형성되었다.

The effect of Ligand Binding energy in quantum rod (CdS/ ZnS) plays a critical role in anisotropic growth. As mimicking large chain of ligands and using the head of the chain, I plan to bind the quantum rod and ligands so that it can grow well consequently. So the ultimate goal of this study is on how ligand binding can affect the growth of this quantum rod. There are preferred surfaces between the quantum rod and ligands, and we empirically know that ligands which bind the quantum rod; Phosphoric oxide (PO), Phosphoric acid(PA), Carboxylic acid(CA), Trimethylamine(TMA), have strong tendency to be attached on the surfaces of CdS/ZnS; (112 0), (101 0), (0001 ), (0001). I virtually bond the surface and the ligands, and calculated the ligand binding energy after optimizing their structure, utilizing EDISON simulator. After all, I figured out how they are linked each other and how the quantum rod grows.

본 연구에서는 MOSFET 제작방법중 하나인 이온주입법에서 다양한 변수로 작용하는 도핑농도, 에너지주입, 바탕농도의 역할에 대해서 알아보고 채널길이가 감소함에 따른 단채널효과를 억제할 수 있는 최적점에 대하여 분석하였으며 Ion Implant 이차원 시뮬레이션값과 비교하였다. 결과적으로 농도와 에너지주입 그리고 채널길이에 따른 MOSFET의 최적화된 모델을 분석하였다.

본 논문에서는 일본의 Sanyo사에서 발표한 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)구조를 기반으로 하여 태양전지의 output특성을 분석하고자 한다. HIT 태양전지 구조의 경우 a-Si층이 태양전지의 효율과 개방전압 Voc의 향상에 중요한 역할을 한다. 본 연구를 통해 a-Si층 내에서의 두께변화가 태양전지 output특성에 어떠한 영향을 주는지 비교해보고, 최고 효율을 낼 수 있는 구조를 찾고자 한다.

Graphene의 bandgap이 0eV이고 hBN의 bandgap이 4~5eV라는 이기 때문에 두 물질을 혼합하였을 때 태양전지로 쓰기 좋은 1.2eV의 bandgap을 가지는 물질을 만들 수 있을거라 생각된다. 이 점을 착안하여 hBN에 Carbon을 도핑시켜 1.2eV의 bandgap을 갖는 물질을 이론적으로 만들어 보았다.

본 연구에서는 전자구조 계산을 통해 태양전지의 소재로 적합한 Graphene과 h-BN의 합성물을 찾아내었다. 태양전지가 최대 효율을 가지려면 소재의 band gap이 약 1.2 eV이어야 하는데, 본 연구에서는 이러한 물질을 다수 찾아 내었고 이런 물질들의 특징을 분석하였다. carbon domain이 넓을수록 band gap이 작았고 carbon ring이 유지될수록 cohesive energy가 컸다. 이를 다시 적용하여 적합한 구조를 예상하였으며 이와 잘 맞는 계산결과를 얻었다.

본 연구에서는 18 atoms unit cell graphene film을 기반으로 한 graphene/h-BN heterostructure의 bandgap 변화에 대해 EDISON LCAODFTLab simulator의 DFT기반 전자구조계산을 통해 알아보았다. Graphene 상에 BN-doping 형태로 주어진 여러 heterostructure의 전자구조계산을 통해 태양전지의 이론적 최적효율을 나타내는 1.2eV 정도의 값을 갖는 구조를 찾을 수 있었다.

Carbon nanotubes (CNTs) have been widely accepted and used as the enhancer for polymer nano-composites due to their remarkable mechanical properties. Understandably, the CNT fiber-polymer matrix interface plays a major role in determining the properties of the CNT-polymer nano-composites. Here, using the LCAODFT Lab tool available on the EDISON Nano-Physics site, we performed first-principles density-functional theory calculations to determine the atomic configurations and binding energies of the CNTs in contact with polymers. For the polymer matrixes, we chose poly(acrylonitrile) (PAN), which is one of the most well-known polymer matrixes for the carbon nanofiber nanocomposites. Different chiralities and diameters of pristine CNTs were considered, and several PAN-CNT configurations were prepared based on the atomistic positions and directions of cyano group in PAN. The most favorable configuration of PAN was obtained when the PAN bound parallel to the surface of CNT. Our finding indicates the binding configurations are determined by the direction of the cyano group dominantly rather than the atomistic position of PAN, or the symmetry of CNTs. The result of increasing the length of CNT diameter suggests that PAN is inclinable to align evenly on the surface of relatively large size of CNT with the configuration parallel to the surface. These results obtained in this study will provide the starting point for the design of improved PAN-CNT composites for the next-generation ultra-strong and ultra-light carbon nanofibers.

To produce low cost and efficient photovoltaic cells, inorganic-organic lead halide perovskite materials appear promising for most suitable solar cells owing to their high power conversion efficiency. Most recent research showes that formamidinium lead iodide (FAPbI3) with methylammonium lead bromide (MAPbBr3) improves the power conversion efficiency of the solar cell to more than 18 per cent under a standard illumination because incorporated MAPbBr3 makes FAPbI3—relatively unstable but comparatively narrow band gap—more stable composition. In respect to first principle study, we investigated band gap of MAPbI3, FAPbI3, MAPbBr3, (FAPbI3)0.89-(MAPbBr3)0.11 and 0.615(eV), 0.466, 1.197, 0.518 respectively through EDISON DFT software. These results emphasize enhancing structure stability is important factor as well as finding narrow band gap.

MoS2 단일층에 단축 방향으로 스트레인을 가해 Mo와 S 사이의 거리를 변화시키면서 밴드 구조의 변화를 밀도 범함수 이론에 기반해 계산했다. MoS2 단일층의 전자 구조는 스트레인에 민감하게 변화하여 밴드갭의 감소와 직접 밴드갭에서 간접 밴드갭으로 밴드갭의 특성이 변화함을 확인했다. 이러한 전자 구조의 변화는 스트레인에 의한 전하 분포의 변화와 로컬 오비탈의 상호작용에 의한 영향으로 해석된다.

최근 에너지 효율과 소형화측면에서 한계를 보이는 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor(MOSFET)을 대체할 수 있는 소자로 Tunneling FET(TFET)이 주목받고 있다. 본 논문에서는탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) TFET을 시뮬레이션하여전자회로의 기본 단위인 인버터(Inverter)를 설계한다. 설계한 인버터의 성능을 CNT-MOSFET 인버터와 비교하여 저전력 디지털 회로로써의 가능성을 확인한다.

Ultra-thin body transistor is one of the emerging devices since it control leakage current flows through substrate. In addition, it can be operated by double gates, thus, its on/off current ratio is higher than conventional counterpart. In this paper, we design and investigate a CMOS inverter based on ultra-thin body MOSFETs to estimate its performance in real application. NEGF (non-equilibrium Green’s function) method is used to obatain relationship between drain current and voltage. DC transfer is extracted from the relationship, and FO4 (fanout-of-4) propagation delay is reported as 5.1 ps estimated by a simple model.