주기적 연료 공급에 따른 확산화염의 진동수 배가 현상에 관한 실험적 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :기계공학과,1996.Maste

The evaluation of the optically stimulated luminescence dosimeter for intensity modulated radiation therapy dose verification

방사선학과/석사2005년 이후 의료 분야의 광자극발광선량계의 사용이 증가되어왔으며, 최근에는 광자극발광선량계의 임상적용에 관한 연구가 주로 이루어지고 있다. 이러한 광자극발광선량계의 임상적용에 관한 부분은 아직 도입단계이며, 세기조절방사선치료 선량검증에는 관련 임상적용 기준이 확립되어있지 않다. 본 논문에서는 광자극발광선량계의 특성평가 및 광자극발광선량계의 세기조절방사선치료 선량검증 적용 유효성을 확인해보려고 한다. 광자극발광선량계의 특성평가는 재현성, 선형성, 에너지 의존성, 선량률 의존성, 방사선 조사 각도 의존성, 총 5개의 항목을 평가하였다. 먼저 샘플링과정을 거치기전 시리얼번호 DN081～DN083인 소자 간 재현성은 최대 14.4 % 관찰되었으며, 소자 개개 재현성은 최대 2.4 %인 것을 확인 할 수 있었다. 광자극발광선량계 특성평가에 재현성 차이가 미치는 영향을 최소화하기 위해, 평균값을 기준으로 ±1.5 % 범위의 값을 갖는 광자극발광선량계 소자를 선택하여 사용하였으며, 이 기준은 EQUAL(The ESTRO-QUALity assurance network) 기준의 절반을 만족하는 값이다. 선형성은 2 Gy까지는 선형성을 관찰 할 수 있었으나 2～6 Gy는 상선형성(Supra-linearity)을 볼 수 있었으며, 추세선은 2～6 Gy 범위에서 이차방정식의 형태를 따르고 있다. 선형성 실험 결과를 통해 선형성 보정인자를 구할 수 있었으며, 추세선의 양의 근의 공식을 이용하여 광자극발광선량계에 주어진 방사선량을 유추할 수 있었다. 광자극발광선량계의 에너지 의존성은 x-선, 전자선에서 각각 ± 1%, ± 0.9 %, 선량률 의존성은 x-선에서 ± 0.4 %, 전자선에서 ± 0.3 %, 방사선 조사 각도 의존성은 ± 0.7 %의 변화가 관찰되었으며, 평가 항목에 대한 광자극발광선량계의 연관성은 적다고 사료된다. 세기조절방사선치료 선량검증에서 광자극발광선량계의 유효성 평가는 세기조절방사선치료 선량검증 5 가지 경우와 래피드아크 방사선치료 선량검증 5 가지 경우, 총 10 가지 경우에서 실시하였고, 특성평가를 통해 얻은 각각의 보정인자들은 광자극발광선량계를 이용한 세기조절방사선치료 선량검증 결과의 선량변환에 사용하였다. 광자극발광선량계 특성평가를 통해 얻은 결합 불확실성을 바탕으로 세기조절방사선치료 선량검증 통과 기준인 ± 5 %에서 ± 7 %로 상향조정하였으며, 반음영에 광자극발광선량계의 반응영역이 위치한 경우는 평가에서 제외하였다. 광자극발광선량계의 세기조절방사선치료 선량검증에서는 기준을 벗어나는 경우가 없었으며, 래피드아크 방사선치료 선량검증에서 1 가지 경우에서 세기조절방사선치료 선량검증 기준을 벗어났다. 본 연구에서는 광자극발광선량계의 광자선 및 전자선 영역에서 선량 및 선질에 따른 특성평가를 진행 하였으며, 기존의 열형광선량계를 이용한 세기조절방사선치료 선량검증과는 달리 종양의 크기와 치료중심의 치우침을 고려한 흐름도 제안을 통해, 세기조절방사선치료 빔 선량검증 검사용으로써의 사용 유효성을 확인하였다.ope

이산 웨이브렛 변환 필터 뱅크와 서브밴드 영상 처리

Thesis (master`s)--서울대학교 대학원 :수리과학부,2003.Maste

콘테이너 운반선의 선미 슬래밍 하중 추정에 대한 실험적 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 조선해양공학과, 2013. 8. 이신형.선박의 슬래밍에 대한 연구는 과거 매우 많은 연구가 진행되었지만 그 현상의 복잡함으로 인하여 아직까지 물리적인 이해가 완벽하게 되어 있지 않으며 현상을 설명할 수 있는 이론에도 한계가 있다. 따라서 슬래밍을 설계 단계에서 적절하게 고려할 수 있는 방법이 충분하지 않은 것이 현실이다. 한편, 과거 슬래밍 현상에 관한 대부분의 연구는 선박의 선수부 슬래밍에 집중되었는데 이것은 선수부에서 슬래밍 현상이 가장 크고 잘 일어나기 때문일 것이다. 그러나 최근 급격하게 커지고 있는 콘테이너 운반선들의 선미 형상은 과거에 비해 상대적으로 선미 슬래밍에 취약한 것으로 보이며, 선박의 대형화와 함께 쌍축선의 개발도 증가하고 있어서 선미 슬래밍에 대한 평가의 요구는 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 콘테이너 운반선의 선미부 바닥에 작용하는 슬래밍 하중을 평가하기 위하여 정수 중 자유 낙하시험과 파랑 중 예인시험을 실시하였다. 정수 중 자유 낙하시험은 경사각 0 도, 5 도, 10 도의 단순 쐐기 모형과 단축 콘테이너 운반선의 선미 벌브 단면 모형 및 쌍축 콘테이너 운반선의 선미 벌브 단면에 대한 모형에 대하여 실시하였다. 파랑 중 예인시험은 단축의 5,500 TEU 급 콘테이너 운반선과 쌍축의 13,000 TEU 급 콘테이너 운반선에 대하여 분할모형으로 제작하여 규칙파 및 불규칙파 중에서 실시하였다. 이를 통하여 선미 슬래밍으로 인한 충격 압력의 특성을 파악하고, 선미 슬래밍이 선체의 파랑 하중에 미치는 영향도 살펴보았다. 선미 벌브가 있는 단축선의 선미부 단면과 쌍축선의 선미부 단면 형상에 대한 정수 중 자유 낙하시험을 수행하여 추정한 충격압 계수 (CP)는 Stavovy & Chuang의 추정식 및 Wagner의 이론식으로 추정한 충격압 계수에 비해서 훨씬 작은 값을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 변화가 심한 선박의 선미부 단면에 대하여 단순하게 일반적인 슬래밍 압력 추정식을 적용하여 선미 슬래밍 하중을 평가할 경우 과도한 하중을 고려하게 된다는 것을 확인하였다. 파랑 중 예인시험을 통하여 추정한 피크 충격압 계수 (CPa)는 Stavovy & Chuang의 추정식에 의한 결과보다 작은 것을 확인하였고, 정확한 비교는 어려웠으나 정수 중 낙하시험 결과와 비교했을 때 ballast 조건의 경우 파랑 중 예인시험 결과가 약 절반 정도의 수준으로 작게 나타났다. 선미 슬래밍 현상은 전진 속력이 있는 경우 보다는 정지한 경우에, 선수파를 만나는 것 보다는 선미파를 만나는 경우에 더 잘 발생하는 것을 확인하였다. 적재 조건 (ballast 및 scantling)에 따른 선미 슬래밍 압력의 차이는 크지 않았으나 ballast 조건에서 다소 큰 것을 확인하였다. 그러나 콘테이너 운반선의 경우 ballast 조건으로 운항하는 경우는 특별한 경우를 제외하고는 없기 때문에 이 조건을 설계에 반영해야 하는지에 대해서는 논란의 여지가 있으며 운항 조건에 대한 적절한 확률을 고려할 경우 상대적으로 중요도가 낮아질 것으로 추정할 수 있다. 따라서 선미 슬래밍에 대한 설계 조건은 화물을 적재한 상태에서 정지 중 선미파를 만나는 상황으로 가정하는 것이 타당하다. 슬래밍 발생의 기준으로 많이 사용하는 Ochi & Motter의 임계 속력 보다 다소 낮은 속력에서 선미 슬래밍이 주로 발생하였으며, 불규칙파 시험에서는 규칙파 시험에 비해서 더 낮은 상대 속력 조건에서 선미 슬래밍이 발생하는 것으로 측정되어 불규칙파 중에서 상대적으로 선미 슬래밍이 더 잘 발생하는 것을 알 수 있었다. 피크 충격압 계수로 비교해 보면, 불규칙파 중에서의 결과가 규칙파 중에서의 결과에 비해서 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들은 선미 슬래밍 하중을 추정하는 데에 있어서 설계 해상상태 개념을 적용하는 경우가 설계파 개념을 적용하는 경우에 비하여 더 보수적인 결과를 줄 수 있음을 나타낸다. 선미 슬래밍이 발생한 경우 선체에 휘핑 진동을 유발할 수 있으며 이에 따라 선체 중앙부의 수직 굽힘 모멘트가 증가하게 된다. 선미 슬래밍에 의한 파랑 하중의 크기는 선수 슬래밍에 의한 파랑 하중 크기에 비해서 작은 것으로 확인되었다. 따라서 설계 단계에서 종강도 측면에서는 선수 슬래밍에 의한 휘핑 영향을 적절히 고려하는 것으로 충분하다고 할 수 있으며, 선미 슬래밍 하중은 국부 강도 평가에만 적용하는 것이 타당하다고 하겠다.제 1 장 서론 1 1.1 연구의 배경 1 1.2 이전의 연구 4 1.3 연구의 내용 10 제 2 장 단면의 자유 낙하시험 11 2.1 대상 모형 11 2.2 실험 장치의 구성 13 2.3 실험 조건의 선정 17 2.4 실험 방법 및 결과의 분석 방법 19 2.5 실험 결과의 고찰 23 2.5.1 측정 결과의 반복성 23 2.5.2 Wedge10 모형의 측정 결과 30 2.5.3 Wedge5 모형의 측정 결과 33 2.5.4 Wedge0 모형의 측정 결과 36 2.5.5 Fr18 모형의 측정 결과 38 2.5.6 St1 모형의 측정 결과 43 2.5.7 낙하시험 결과 정리 48 제 3 장 파랑 중 예인시험 56 3.1 13,000 TEU 급 콘테이너 운반선 57 3.1.1 대상 선박 57 3.1.2 실험 장치의 구성 60 3.1.3 실험 조건의 선정 66 3.1.4 실험 방법 68 3.1.5 실험 결과의 분석 방법 72 3.1.6 측정 신호의 형태 및 반복성 77 3.1.7 충격압 계수 비교 87 3.1.8 입사파 파고의 영향 90 3.1.9 파도 규칙성의 영향 98 3.1.10 흘수의 영향 113 3.1.11 슬래밍이 파랑 하중에 미치는 영향 115 3.2 5,500 TEU 급 콘테이너 운반선 118 3.2.1 대상 선박 118 3.2.2 실험 장치의 구성 119 3.2.3 실험 조건의 선정 124 3.2.4 실험 방법 126 3.2.5 측정 신호의 형태 및 반복성 128 3.2.6 충격압 계수 비교 130 3.2.7 입사파 파고의 영향 132 3.2.8 입사파 파장의 영향 139 3.2.9 입사파 파고 및 파장의 영향 141 3.2.10 입사파 방향의 영향 145 3.2.11 선박 전진 속력의 영향 148 3.2.12 슬래밍이 파랑 하중에 미치는 영향 151 제 4 장 결론 및 고찰 152 참고 문헌 156Docto

Comparison of intrusion theft crime patterns by local characteristics, using similarity methodology and Monte-Carlo simulations

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :자연과학대학 통계학과,2019. 8. 박병욱.지역 특성에 따른 죄종별 범죄 발생율의 차이에 관한 연구는 지속적으로 이루어져 왔다. 하지만 지역 특성에 따른 특정 죄종 사건의 범죄 유형을 심층 분석하는 연구는 상대적으로 덜 진행되었다. 본 논문에서는 침입절도를 주 분석 대상으로 하여 도시지역인지 여부에 따라 그 범죄 유형이 유의미하게 차이가 있는지를 확인했다. 침입절도의 범죄 유형은 과거사건 기록상의 피해품, 침입대상, 침입대상 성질, 침입수단 등의 수법 항목으로 파악했다. 도시지역 및 비도시지역 침입절도 범죄 유형의 분포를 강명종 외(2019)의 유사도 정의 알고리즘을 이용하여 피의자의 특성을 고려한 범죄 유형 간 의미적 구조를 나타내는 비유사도 행렬의 형태로 요약하고, 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 이 두 지역의 범죄 유형간 비유사도 행렬이 유의미하게 다르다는 것을 통계적으로 확인했다.The study of the difference in crime incidence by type of crime considering local characteristics has been conducted continuously. However, analysis of crime patterns of specific type of crime according to regional characteristics have been rarely conducted. The purpose of this paper is to find significant difference in intrusion theft crime patterns according to whether it occurs in urban area or not. The intrusion theft patterns are described by the stolen goods, intrusion target, characteristics of intrusion target, intrusion method from past case records. The crime patterns in urban and non-urban areas is summarized in the form of dissimilarity matrices that show the semantic structure between crime patterns considering the characteristics of suspects using the algorithm from Kang et al(2018). Monte-Carlo simulation confirms significant difference between the dissimilarity matrices which summarize crime patterns of the two regions.1 서론 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 시뮬레이션 설계 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 자료 설명 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 유사도 알고리즘 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 비유사도 행렬 간 차이의 척도 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4 시뮬레이션에 의한 검정 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3 결과 및 해석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 결론 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Maste

Impacts of vertical wind shear on cloud-aerosol interactions

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 지구환경과학부, 2011.2. 백종진.Maste

구름 내 난류가 구름과 강수에 미치는 영향

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 지구환경과학부, 2016. 2. 백종진.최근 수십 년 동안의 연구를 통해 구름 내에 존재하는 난류가 구름과 강수의 발달, 특히 구름 입자들 사이의 충돌에 상당한 영향을 끼침이 알려졌다. 2차원 상세 구름 미세물리 모형을 이용하여 구름 응결핵(CCN) 수농도를 바꾸어가며 난류가 유도하는 충돌 향상(TICE)이 온난 구름과 강수에 미치는 효과를 조사하였다. TICE는 테일러 마이크로 규모의 레이놀즈 수와 난류 소실률에 따라 결정된다. 이 연구에 사용된 열역학적 탐측 자료는 착모역전층이 존재하는 온난하고 습윤한 대기 조건으로 온난 구름을 모의하기에 적절하다. 모든 CCN 수농도에서 TICE에 의해 구름 발달 초기의 액체수 경로가 감소하였고 지표 강수가 일찍 출현하였다. 그러나 TICE에 의한 우수 경로와 지표 강수량의 변화는 CCN 수농도에 따라 다르게 나타났다. CCN 수농도가 높을 때에는 TICE에 의해 평균 구름 물방울 수농도(CDNC)가 감소하고 평균 유효 반지름이 증가하였는데, 이러한 변화는 지표 강수량의 증가를 야기하였다. 그러나 CCN 수농도가 낮을 때에는 TICE에 의한 평균 CDNC와 평균 유효 반지름의 변화가 작았고 지표 강수량은 조금 감소하였다. 가속된 물방울 사이의 병합에 의한 응결량의 감소로 지표 강수량의 감소를 설명할 수 있었다. 또한 CCN 수농도가 증가함에 따라 지표 강수량이 증가하는 구간이 있었는데, TICE는 이러한 CCN 수농도와 지표 강수량 사이의 관계에 영향을 끼쳤다. 이 관계는 대기의 상대 습도에 따라 크게 좌우되었다. TICE가 깊은 대류 혼합 구름에 미치는 영향을 물방울-물방울, 물방울-얼음 충돌에 대한 TICE가 고려된 2차원 상세 구름 미세물리 모형을 이용하고 두 종류의 기본 바람 배경류와 두 종류의 에어로졸 농도를 고려하여 수치적으로 조사하였다. 모든 모의 결과에서 싸락눈 입자가 구름 질량에서 가장 큰 부분을 차지하였다. 균일한 배경류 사례에서는 TICE가 반영되었을 때에는 중간 크기의 싸락눈 입자가 전체 싸락눈 질량의 일정 부분을 차지하였으나 TICE가 반영되지 않았을 때에는 큰 크기의 싸락눈 입자가 전체 싸락눈 질량의 상당 부분을 차지하였다. 이것은 TICE에 의해 얼음 결정이 작은 싸락눈으로 보다 빨리 성장하였기 때문이다. 이러한 난류에 의한 싸락눈 입자의 크기 분포 변화는 질량 평균된 싸락눈 입자의 종단 속도의 감소를 불러 일으켰다. 따라서 TICE에 의해 싸락눈 질량의 하강 플럭스와 싸락눈 입자의 용융이 감소하였고 이로 인해 지표 강수량이 감소하였다. 또한 에어로졸 수농도가 낮을 때에는 TICE에 의해 얼음 입자의 승화도 증가하였는데 이 또한 지표 강수량의 감소에 일정 부분 기여하였다. 시어가 있는 배경류의 경우에서는 균일한 배경류의 경우에 비해 TICE 효과가 두드러지게 나타나지 않았는데 이는 얼음 결정의 수가 균일한 배경류의 경우보다 훨씬 감소하여 TICE가 반영된 경우와 그렇지 않은 경우에서 싸락눈 입자의 크기 분포가 크게 달라지지 않았기 때문이다. 상세 구름 미세물리 모형이 결합된 Weather Research and Forecasting(WRF) 모형의 큰 에디 모사(LES) 버전을 이용하여 강수를 유발하는 온난 구름에서의 지표 강수, 구름 비율, 구름의 광학 두께, 구름의 반사도와 같은 구름의 성질에 TICE 효과가 미치는 영향을 조사하였다. 선행 연구에서와 마찬가지로 물방울 간의 충돌 향상으로 인해 평균 물방울 크기가 증가하였고 이로 인해 지표 강수의 시작이 앞당겨지고 지표 강수량이 증가하였다. 초기에 단봉분포였던 물방울 크기 분포는 TICE에 의해 쌍봉분포가 되고, 이는 물방울의 단봉분포에서 극값의 위치를 이동시키는 에어로졸에 의한 효과와는 달랐다. 물방울 크기가 증가함에 따라 증발이 감소하여 이로 인해 구름이 차지하는 면적이 증가하였다. 또한 감소한 증발 냉각으로 인해 대기가 보다 안정화되면서 연직 운동의 평균과 변동이 감소하였고, 이러한 감소는 시어에 의한 난류 운동 에너지(TKE)의 생성을 감소시켜 TKE의 감소를 야기하였다. TICE에 의한 TKE의 감소는 비록 그 변화 정도가 일반적으로 작았지만 음되먹임으로 해석될 수 있다. 평균 물방울 크기의 증가는 구름의 황학 두께와 구름 영역에서 평균된 구름 반사도의 감소를 야기하였다. 하지만 이는 증가한 구름이 차지한 면적과 서로 상쇄되어 계산 영역에서 평균된 구름 반사도는 거의 변화가 없었다. 난류에 의해 유도된 강수량의 변화는 구름의 구조에 상대적으로 작은 영향을 끼쳤는데, 이는 지표 강수량의 차이가 적거나, 지표 강수량이 적어서였다. TICE가 2010년 9월 21일 한반도 중부 지역에 발생한 집중호우에 미치는 영향을 상세 구름 미세물리 모형이 결합된 WRF 모형을 이용하여 조사하였다. 수치 실험은 종관 대기 조건뿐 아니라 관측된 지표 강수와 레이더 반사도의 중요한 특징을 잘 모의하였다. TICE에 의해 한반도 중부 지역에서 평균된 지표 강수량은 증가하였는데, 특히 서울과 그 주변 지역에서의 최대 강수율은 TICE에 의해 약 35%까지 증가하였다. TICE에 의해 지표 부근에서 강한 레이더 반사도의 출현 비율 역시 증가하였다. TICE는 작은 구름 물방울 사이의 충돌을 가속시키는데, 이로 인해 응결이 감소하여 전선을 따라 상층으로 수송되는 수증기의 양이 증가하였다. 이는 상층에서 얼음에 대한 상대습도 증가를 야기하였고 이로 인해 얼음 결정과 눈송이의 수증기 침착에 의한 성장도 증가하였다. 따라서 TICE에 의해 눈송이의 질량이 증가하였고 이러한 증가는 지표 강수량의 증가를 불러 일으켰다. TICE에 의해 부유하는 작은 구름 물방울이 감소하여 눈송이의 결착률은 감소하였지만, TICE에 의해 유도되는 얼음 입자의 수증기 침착에 의한 성장이 증가하여 전체 결착량은 증가하였다. 눈송이 크기 분포에서의 극값의 위치는 거의 변하지 않은 대신 눈송이의 수농도는 거의 모든 눈송이 크기 범위에서 증가하였다. 해석적 적분과 입자 모형, 난류 통계 모형을 이용하여 계산한 충돌 효율에 기반하여 TICE를 고려하는 새로운 자동변환 과정 모수화를 개발하였다. 상자 모형 결과는 개발된 자동변환 모수화가 구름 물방울이 빗방울로 전환되는데 걸리는 시간과 구름 물방울의 수농도 예측에 대한 계산 과정의 정확도를 이전의 자동변환 모수화 과정에 비해 상당히 향상시켰음을 보여 주었다. 개발된 자동변환 모수화를 WRF 모형과 Thompson 미세물리 모형에 결합하여 이상화된 깊은 대류 구름의 사례와 집중호우 사례를 조사하였다. 이상화된 깊은 대류 구름 사례에 개발된 자동변환 모수화를 이용할 경우 기존에 사용된 자동변환 모수화 과정에 비해 훨씬 많은 빗방울 수농도가 예측되었고 이로 인해 지표 강수 출현의 지연과 지표 강수량의 감소가 야기되었다. 집중호우 사례에 대한 수치 실험에서 개발된 자동변환 모수화의 영향은 제한적이었다. 하지만 TICE에 의해 관심 지역에서의 지표 강수량이 뚜렷이 증가하였고 이는 TICE에 의해 작은 물방울의 병합이 가속되어 응결이 감소하였기 때문이다. 이러한 응결의 감소로 인해 더 많은 수증기가 상층으로 수송되고, 이로 인해 얼음 입자의 혼합비가 증가하여 용융에 의한 지표 강수량이 증가하였다.1. Introduction 1 1.1. Review of previous studies 1 1.1.1. Effects of turbulence on collisions between cloud droplets 1 1.1.2. Effects of turbulence on clouds and precipitation 3 1.2. Aim of this study 4 2. Model descriptions 6 2.1. Dynamic process 6 2.2. Microphysical process 8 2.2.1. Nucleation process 9 2.2.2. Diffusional process 10 2.2.3. Freezing process 13 2.2.4. Melting process 14 2.2.5. Collision process 15 2.3. Turbulence-induced collision enhancement 17 2.4. The Weather Research and Forecasting (WRF) model 21 3. Effects of turbulence on warm clouds and precipitation 23 3.1. Experimental setup 23 3.2. Macroscopic structures 25 3.3. Microscopic structures 29 3.4. Effects of TICE on surface precipitation 35 3.5. Comparisons with results of previous studies 48 4. Effects of turbulence on mixed-phase deep convective clouds and precipitation 54 4.1. Experimental setup 54 4.2. Uniform basic-state wind cases 56 4.3. Sheared basic-state wind cases 66 4.4. Surface precipitation 75 5. Effects of turbulence on warm cloud properties 79 5.1. Experimental setup 79 5.2. Precipitation 81 5.3. Cloud dynamics and morphology 88 5.4. Precipitation effects on cloud morphology 96 6. Effects of turbulence on a heavy precipitation case observed in the Korean Peninsula 99 6.1. Case description and experimental setup 99 6.2. Validation 100 6.3. Turbulent structures and precipitation 106 6.4. Microphysical structures 114 7. Development of a new autoconversion parameterization with inclusion of the turbulence effects 125 7.1. Parameterization of the autoconversion process 125 7.2. Turbulence-induced collision enhancement on autoconversion process 134 7.3. Validation 137 7.4. Results 140 7.4.1. Idealized 2-D cloud case 140 7.4.2. Heavy precipitation case 146 8. Summary and Conclusions 151 REFERENCES 159 초록 171Docto

페로브스카이트 태양전지 및 발광다이오드의 수명 안정성 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·컴퓨터공학부, 2018. 8. 이창희.페로브스카이트는 차세대 광전소자로서 각광받는 물질이다. ABX3 (A: larger cation, B: smaller cation, X: halide anion) 구조를 갖는 유기 무기 하이브리드 페로브스카이트는 구조의 차원에 따라 반도체 특성부터 금속 전이 특성까지 다양한 성질을 나타낸다. 페로브스카이트 구조의 2차원에서 3차원으로의 상 변이는 넓은 범위의 밴드 갭 변화를 보이며 광전 소자로 적용하는데 있어서 여러 광학, 전기적 특성을 제공한다. 이온화된 페로브스카이트의 결정은 높은 흡광 계수 (1.5x104 cm-1 at 550 nm for CH3NH3PbI3)를 보이는데, 이는 550 nm 파장의 빛이 통과할 수 있는 박막의 두께가 0.66 μm 정도임을 나타낸다. 이런 우월한 흡광 특성은 페로브스카이트가 박막 태양전지에 적용 가능함을 시사한다. 2009년 첫번째 페로브스카이트 태양전지가 보고된 이래로 태양전지의 전력 변환 효율은 빠르게 증가했다. 나아가 최근에는 페로브스카이트 태양전지가 실리콘 태양전지를 능가하는 차세대 지속 가능한 에너지원으로 여겨지고 있다. 게다가 페로브스카이트의 원소 조합 변경을 통한 밴드 갭의 조절 가능성은 발광 파장의 조절 가능성을 의미하며 페로브스카이트를 발광 다이오드 같은 여러 광원으로의 적용 가능함을 나타낸다. 실 예로, 페로브스카이트 발광다이오드의 발광 반치폭은 약 20 nm로 특성이 매우 우수하다. 이러한 높은 색 순도는 유기발광다이오드 등의 상업화된 광원들에 비해 큰 강점이다. 페로브스카이트는 DMF, DMSO, 에탄올, 물 등 여러 극성 용매에 쉽게 분해되는 성질을 갖는다. 다습한 환경에서 페로브스카이트는 심각한 열화 과정을 겪는다. 페로브스카이트의 열화는 페로브스카이트를 기반으로 하는 광전소자들의 안정성과 수명을 저해한다. 차세대 에너지원 혹은 광원으로의 성공을 위해서는 페로브스카이트의 안정성 문제를 해결해야한다. 미량의 cesium 혹은 formamidinium을 페로브스카이트에 첨가한 연구와 페로브스카이트의 구조적 발전 연구들이 페로브스카이트 광전소자들의 수명 안정성을 높이기 위해 보고되었다. 그럼에도 불구하고, 페로브스카이트 광전소자들을 소자들이 봉지 된 (encapsulated) 상태에서도 열화가 진행되었다. 따라서 열화의 원인과 그에 작용하는 열화 원리에 대한 체계적인 연구가 필요하다. 페로브스카이트 광전소자의 상업화를 위해서는 열화에 대한 연구가 선행되어야 한다. 본 논문에서는 페로브스카이트 태양전지 및 발광다이오드의 열화 원리에 대한 체계적인 연구가 논의되었다. 페로브스카이트 광전소자의 구조적인 부분에서는 역구조 (inverted structure)가 사용되었다. 역구조란 전자가 상단 금속 전극으로부터 주입 혹은 추출되며 정공이 하단의 투명 전극인 ITO로부터 주입 혹은 추출되는 구조를 말한다. 첫번째 파트에서는 페로브스카이트 태양전지에 대해 기술하였다. 역구조 페로브스카이트 태양전지의 이온 확산에 의한 계면 열화의 직접적인 증거가 제시되었다. 1000시간이 넘는 장 시간 소자 열화 기간 동안 페로브스카이트 태양전지는 전류 밀도와 fill factor에서 큰 열화를 나타낸다. Ag 전극과 PCBM 사이의 계면 열화를 분석하기 위해 소자 열화 10, 20, 30, 40일차에 Ag 전극을 물리적으로 제거하고 다시 전극을 증착하는 기법을 도입했다. Ag전극의 재 증착을 통해 태양전지의 전력 변환 효율이 회복되는 현상을 볼 수 있었다. 전극 재 증착을 통해 태양전지의 개방 전압과 fill factor가 복구되는 반면에 전류 밀도는 약간 감소하는 추세를 나타냈다. 전극 재증착에 따른 활성화에너지 (activation energy)의 감소는 fill factor의 회복으로 나타났다. 페로브스카이트 태양전지의 열화의 결과로 인한 확산된 요오드 이온은 PCBM 분자들과 반응을 하며 PCBM의 quasi n 도핑 효과를 보였다. 전극 재증착 과정에 따라 요오드 이온과 PCBM 분자들의 가역반응은 태양전지 전류 밀도의 변화와 관련이 있다. 저온 측정을 통한 energetic disorder 모델은 전극 재증착에 따른 태양전지의 개방 전압 증가를 설명하고있다. 마지막으로 제시된 재결합 구조하의 역구조 페로브스카이트 태양전지의 열화 메커니즘이 제시되었다. 두번째 파트에서는 페로브스카이트 발광다이오드에 대해 기술하였다. 페로브스카이트 발광다이오드 연구 분야에서 중요한 이슈는 조밀하고 핀홀 없는 페로브스카이트 박막을 형성하는 것이다. 본 논문에서는 연속 증착 방법을 페로브스카이트 박막 형성 과정에 도입했다. PbBr2 용액과 MABr 용액이 차례대로 스핀 코팅 되고 가열 되었으며 조밀하고 핀홀 없는 페로브스카이트 박막을 형성하는데 사용되었다. 그 결과 페로브스카이트 발광다이오드는 67,557 cd/m2의 휘도와 2.02%의 EQE를 나타냈다. 효율적인 페로브스카이트 발광다이오드를 기반으로 열화의 원인에 대한 연구가 진행되었다. 발광다이오드 구동에 따른 이온 확산의 직접적 증거가 관찰되었으며 열화 원인과 Al 전극 사이의 전기 화학적 반응을 토대로 한 페로브스카이트 발광다이오드의 열화 메커니즘이 제시되었다. 본 학위 논문은 페로브스카이트 광전소자의 열화 메커니즘을 분석하기 위한 실용적 접근법을 다뤘다. 이온 확산을 기저로 한 금속 전극 계면에 대한 열화 메커니즘은 페로브스카이트 광전소자의 수명 안정성 발전에 기여를 할 것이라 기대된다.Contents Abstract i Contents v List of Figures xi List of Tables xix Chapter 1 Introduction 1 1.1 Perovskite Solar Cells 1 1.2 Perovskite Light-Emitting Diodes 4 1.3 Stability Issues in Perovskite Optoelectronic Devices 6 1.3.1 Stability Issues in Perovskite Solar Cells 7 1.3.2 Stability Issues in Perovskite Light-Emitting Diodes 10 1.4 Outline of Thesis 13 Chapter 2 Experimental Methods 15 2.1 Materials 15 2.1.1 Perovskite Solar Cells 15 2.1.2 Perovskite Light-Emitting Diodes 16 2.2 Device Fabrication Methods 16 2.2.1 Perovskite Solar Cells 16 2.2.2 Perovskite Light-Emitting Diodes 17 2.3 Device Characterization of Perovskite Solar Cells 19 2.3.1 Solar Cell Performance Parameters 19 2.3.2 Current Density–Voltage Characteristics Measurement 22 2.3.3 Temperature Controlled Experiments 22 2.4 Device Characterization of Perovskite Light-Emitting Diodes 23 2.4.1 Current-Voltage-Luminance Measurement 23 2.4.2 Efficiency Calculation Methods 25 2.5 Other Characterization Methods 26 2.5.1 UV-Visible Spectroscopy 26 2.5.2 Time of Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy 26 2.5.3 Field Emission Scanning Electronic Microscopy 26 2.5.4 Raman Spectra 27 2.5.5 X-ray Diffraction 27 2.5.6 Photoluminescence 27 2.5.7 Luminance Image 27 Chapter 3 Degradation Mechanism Analysis on Inverted Perovskite Solar Cells via Restoration of the Ag Electrode 29 3.1 Introduction 29 3.2 Decay Trends of Photovoltaic Parameters 33 3.3 Direct Evidence of MAPbI3 Solar Cell Degradation 37 3.4 Temperature Analysis 39 3.4.1 Activation Energy by Restoring the Ag Electrode 40 3.4.2 VOC Disorder Model by Restoring the Ag Electrode 43 3.5 Degradation Mechanism: Structural Ordering of PCBM 47 3.6 Summary 50 Chapter 4 Degradation Mechanism Analysis on Inverted Perovskite Light-Emitting Diodes 51 4.1 Introduction 51 4.2 Sequential Deposition of Perovskite Films 54 4.2.1 Sequential Deposition Process 54 4.2.2 Morphology and Film Characteristics of Perovskite 55 4.3 Electroluminescence of Perovskite Light-Emitting Diodes 62 4.3.1 PbBr2 Concentration Dependent Electroluminescence Characteristics 62 4.3.2 MABr Concentration Dependent Electroluminescence Characteristics 64 4.3.3 PVP Concentration Dependent Electroluminescence Characteristics 66 4.3.4 Perovskite Film Annealing Temperature Dependent Electroluminescence Characteristics 68 4.3.5 Electroluminescence of Optimized Perovskite Light-Emitting Diodes 70 4.4 Degradation of Electroluminescence 72 4.5 Direct Evidence of Light-Emitting Diodes 74 4.5.1 TOF-SIMS Analysis on the Degraded Device 74 4.5.2 Analysis on the Peeled-off Al Electrode 77 4.6 Operational Degradation Mechanism of Perovskite Light-Emitting Diodes 80 4.7 Summary 81 Chapter 5 Conclusion 87 Bibliography 91 Publication 99 Abstract in Korean (한글 초록) 103Docto