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태양전지에 응용가능한 D-A concept 고분자를 만들어서 밴드갭을 알기 위하여
Cyclovoltametry를 사용하여 측정하고자 하였으나 지식이 미비하여 실패하였습니다.
선배들이 알려준 방식은 단지 Acetonitrile에 LiClO4를 전해질로 사용하여
AgNO3와 Carbon 전극, 백금판 전극을 카운터로 사용하는 것입니다.
잘 찍을 수 있는 방법이 있을지 조언 부탁드립니다.
-------------------------------------현황-----------------------------------
Carbon 전극을 Working 전극으로 하고, 전해질이 들어있는 Reference 전극,
그리고 백금 판을 Counter전극으로 사용하고, Acetonitrile에 담근 상태로
CV를 측정하였습니다.
Carbon 전극위에 Polymer가 녹아있는 Solution을 Drop하여
공기중에 말리는 방식으로 코팅하였습니다.
[ 코팅된 고분자는 Acetone에 녹지 않고, Chloroform, Methylene chloride
등에 녹는 분자량만을 가지고 있고 UV 값은 600-700 범위를 잘 흡수합니다.]
2.5~ 3eV range로 측정하였고,
밴드갭과 HOMO LUMO 값을 알아내기에 적합한 데이터가 나오지 않았습니다.
[실패 원인에 대한 가설]
1. 고분자가 더 Pure 해야한다.
( 이 부분에 대해서는 속슬렛 추출을 이용하여 충분히 저분자량을 씻어 내 주었으나 그래도 변질 등의 가능성을 간과하지 않겠습니다. )
2. 전극 물질 (Solvent, 전해질, Working 전극)을 적합하게 사용하지 않았다.
3. CV 기계 설정을 잘못한 예 ( Range 또는 나머지 인자들을 잘못 설정)
- 태양전지
- 고분자
- Cyclovoltametry
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
안길홍님의 답변
2014-01-09- 0
Energy bandgap은 매우 민감한 측정이므로 CV로써는 측정을 잘하지 않습니다. 측정이 된다고 하여도 그 측정값이 오차 범위를 초과하기 때문에 신뢰성에 의문이 있습니다. 더구나 HOMO/LUMO에 대한 측정은 측정 오차가 크게 될 가능성이 매우 높습니다.
따라서 bandgap측정은 Photoelectron spectroscopy에 의한 측정을 하는 것이 필요합니다.
첨부 자료를 참고하시기 바랍니다. -
답변
김일구님의 답변
2014-01-10- 0
안녕하세요.
상기 제목과 관련하여 답변을 달아주신 분의 답변 내용이 질문자의 의도와 다르게 해석하신것 같아서 몇자 적어 봅니다.
현재 질문하신 내용은 일반적인 밴드갭을 측정하는 것이 아니라, 유기 화합물의 Highest Occupational Molecular Orbital (HOMO) 및 Lowest Occupational Molecular Orbital (LUMO) 를 찾아내는 방법입니다. 물론 XPS로 이것을 찾아낼 수 도 있습니다만, Cyclovoltametry 법으로도 충분히 찾아 낼 수 있습니다.
이에 대한 자세한 설명이 http://www.cheric.org/PDF/PST/PT18/PT18-5-0488.pdf 에 나와 있습니다. (HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 각각 전기 화학적 방법인 순환 전압 전류 법(CV, cyclic voltammetry)과 분광학적인 방법(UV-Vis spectroscopy 및 Photoelectron spectroscopy(PS))을 이용하여 측정 할 수 있다.)
그러나, 이 CV법을 이용하여 측정을 하고 나서 기준 전극에 대한 고려 없이 전위차만 나타낼 경우, 상기 질문하신분과 같이 오류가 종종 나타나게 됩니다. 이때, 진공 속 자유 전자의 에너지 준위로 바꾸어 주는 작업을 하여야 합니다.
HOMO(or LUMO)(eV)＝-4.8-(Eonset-E1/2(Ferrocene))
상기 식으로 바꾸어 줄 수 있습니다.
위에 제시한 논문을 자세히 읽어 보시면 아시겠지만, HOMO, LUMO를 흡수 분광법으로도 측정 할 수 있습니다. 이것은 Absorption egde로 부터 계산하는 것이며, 때에 따라서는 이러한 방법이으로 더 정확한 결과를 보여주기도 합니다.
도움이 되셨기를 바랍니다.
감사합니다.