<일본시장보고서>차세대 기능성 박막의 동향(7) ~환경·에너지기능 박막~(한국어판)
A4 36p/ 2021년 6월 2일 발간(Yano E-plus 2021년 4월호 게재내용 발췌)
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게재내용
1. 차세대 환경・에너지기능 박막이란
2. 차세대 환경・에너지기능 박막의 주요 라인업
2-1. 이차전지
2-2. 연료전지
2-3. 태양전지
2-4. 열전변환소자
3. 차세대 환경・에너지기능 박막의 시장규모 예측
그림ㆍ표1. 차세대 환경・에너지기능 박막의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2020~2030년 예측)
4. 차세대 환경・에너지기능 박막과 관련된 기업・연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 규슈대학(九州大学)
(1) 그래핀에 주목하는 이유
(2) 초고품질의 단층 그래핀의 합성과 성장 메커니즘
그림1. 초고품질 단층 그래핀의 CVD 프로세스와 기존 합성법과의 차이
그림2. Cu(111)면 상에 성장한 그래핀 모델 그림
그림3. 그래핀을 사용한 트랜지스터
(3) 2층 그래핀의 제작과 물성
그림4. AB 적층 2층 그래핀의 선택 성장 메커니즘과 전사한 2층 그래핀 사진
그림5. 2층 그래핀의 인터칼레이션
(4) 2차원 원자 박막의 개발과 신에너지・일렉트로닉스 응용
그림6. 차원 절연물질로서 기대되는 다층 h-BN의 구조와 단면 전자현미경 사진
그림7. 여러 가지 캐리어 이동도와 밴드갭을 가진 2차원 원자 박막
(5) 2차원 원자막의 적층・면내 이종구조의 개발과 신기능 탐색
그림8. 판데르발스 힘에 기반한 완전히 새로운 이종적층물질의 개발과 인터칼레이션의 융합 이미지
4-2 국립연구개발법인 산업기술종합연구소
그림9. 초박막 Ge 구조 형성 프로세스
그림10. 초박막 Ge 구조단면의 TEM 상
그림11. 초박막 Ge층에서 전자 이동도의 시트 전자밀도 의존성
4-3 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学) (1)
그림12. SOFC 작동 메커니즘 (a)산화물 이온 전도 타입, (b)프로톤 전도 타입
그림13. (a)페로브스카이트형 구조, (b)프론톤 전도체 LWO 결정구조
그림14. LWO 중 프로톤 확산경로 모식도
그림15. LWO67, BZY20 (BaZr0.8Y0.2O3-δ) 및 BZCYb1711(BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ)
전해질막에 의한 이론 셀 효율의 전류밀도 의존성(전해질 막두께: 10 µm, 발전온도: 873K,
음극 분위기: 3% 가습H2, 양극 분위기: 3% 가습공기)
그림16. 음극 지지형 셀의 단면 SEM 상
4-4. 국립대학법인 도쿄공업대학(東京工業大学) (2)
(1) 웨이퍼급 품질의 태양전지용 실리콘 박막을 기존 10배 이상의 속도로 제작
그림17. 존 히팅 재결정화(ZHR)법의 모식도(좌)와 외관(우)
그림18. 급속증착(RVD)법에 의한 Si의 에피택셜 성장
그림19. Si의 이중 다공질 구조(DLPS)의 최적화 (a)c-Si 웨이퍼 상의 DLPS 단면 SEM 상, (b)ZHR 전의 DLPS 표면 AFM 상,
(c)ZHR 후의 DLPS 표면 AFM 상
그림20. DLPS에서의 박막 c-Si 박리 프로세스
(2) ZHR법에 의한 페로브스카이트 태양광 흡수층의 대립경화와 발전 특성의 관계
그림21. 페로브스카이트 층에 대한 ZHR법의 적용
그림22. 태양전지 특성에 미치는 결정입자 크기의 영향 (a)단락전류밀도(Jsc), (b)개방전압(Voc), (c)곡선인자(FF),
(d)에너지변환효율(PCE)
4-5. 국립대학법인 도쿄대학(東京大学)
(1) 실리콘계 열전 변환 디바이스 개발
(2) 나노 구조화에 의한 반도체 박막 재료의 열물성・열류 제어
그림23. 패터닝에 의해 열전재료의 성능지수를 개선하는 구조(ZT: 성능지수, σ: 전기전도율, S: 제벡계수, ο: 열전도율)
그림24. 실제로 다결정 Si에 패터닝한 사례
그림25. 열전변환 디바이스 구조와 패터닝 사례
그림26. 에너지 하베스터를 갖춘 센서 노드 사례
4-6. 국립대학법인 도호쿠대학(東北大学)
(1) 초대용량・소비전력・고성능 비휘발성 메모리 실현을 결정하는 MTJ 소자에서의 미지의 한 자릿수 nm영역의 작동 실현
그림27. 본 연구에서 제안한 형상자기이방성을 이용한 자기터널접합(a)과 기존의 계면자기이방성을 이용한
자기터널접합(b)을 비교한모식도
그림28. 제작한 MTJ 소자의 전류유기 자화반전 측정결과
(2) 세계 최소 자기 MTJ 소자의 고성능 작동을 실증
그림29. (a)기존형 형상자기이방성 MTJ 소자 구조(2018년 개발), (b)이번에 제안한정자기 결합을 가진 적층구조를 이용한
형상자기이방성 MTJ 소자 구조의 모식도
그림30. 본 연구에서 제작한 정자기 결합을 가진 새로운 구조 형상 자기이방성 MTJ 소자의 전압펄스에 의한 자화반전 측정결과
4-7. 국립대학법인 도카이국립대학기구 나고야대학(東海国立大学機構 名古屋大学)
그림31. 오노에 연구실의 연구개요
그림32. (a)C60 박막의 결정 구조도, (b)금속적 성질을 나타내는 1차원 요철 주기 풀라렌 폴리머 구조도
그림33. (A)C60 박막의 적외 스펙트럼, (B)대기 폭로 후에 출현한 피크라고 예측되는 생성물의 이론 스펙트럼과의 비교
그림34. C60 박막의 적외 스펙트럼: (a)대기 폭로 전, (b)대기 폭로 후, (c)탄산이온의 이론 적외 스펙트럼
그림35. (A)1차원 요철 C60 폴리머 박막의 모델 구조, (B)나노공간 내 폴리머 사슬 간에 고정된 CO2 분자의(a),
변각 진동으로 활성화된 CO2와 H2O 간에서 활성착합체가 형성(b), H2CO3가 생성된(c) 모습,
(C)CO2의 결합각 변화에 대한 프론티어 궤도의 에너지 변화 모습
4-8. 학교법인 와세다대학(早稲田大学)
(1) SENSIC의 역할
그림36. SEnSIC 건물의 구조와 외관
그림37. 슈퍼드라이룸과 이차전지 제작라인
(2) Li-S 전지 개발
그림38. Li-S 전지 설계방식(에너지밀도와 C레이트)
그림39. Li-S 전지 양극 제작을 위한 신공법
그림40. 음극 특성의 개선을 위해 고체-액체 계면의 나노 구조를 제어
그림41. 이차전지의 열화 요인
5. 차세대 환경・에너지기능 박막의 장래 전망
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