유전체는 외부에서 전기장을 가하면 전기 분 극이 발생한다. 외부 전기장 방향에 따라 전기분극의 방향과 크기가 결정되는 상태를 상유전성이 라 하고 상유전성을 갖는 재료를 상유전체라 한다. 강유전체란 Tc(큐리 온도)이하에서 외부 전기 장이 없어도 결정의 대칭성이 변하여 내부의 전기 쌍극자 모멘트가 정렬하여 스스로 전기 분극을 갖는 재료이다. 이는 외부 전기장의 방향에 따라 유전체가 갖고 있던 자발 분극의 방향이 바뀔 수 있고, 외부 전기장이 없어진 다음에도 영구적인 편극을 갖는 물질이며 주로 산화물에 많이 응 용된다. 한편 강유전성을 띄는 물질의 온도를 Tc (강유전 상전이 온도) 이상으로 높이면 결정 구조 가 바뀌어 강유전성을 잃고 상유전상으로 전이한다.
스핀 코팅은 기판 위에 균일한 박막을 제작하는데 사용하는 공정으로, 스핀 코터의 척 위에 기판 을 올려 진공을 잡는 이유는 스핀 코팅 시 기판이 날아가지 않도록 고정하기 위해서다. 코팅하고 자 하는 용액을 기판 위에 떨어뜨린 후 고속으로 스핀 하면 용매가 원심력에 의해 펼쳐지고 증발 한다. 용매가 모두 증발하면 얇은 박막이 형성되며, 이 실험에서는 PEDOT:PSS에 DMSO 5wt%을 첨가했다. PEDOT:PSS 수용액 상에 극성 유기 용매인 DMSO를 첨가하면 첨가한 용매에 의해 코일 형태의 PEDOT 구조가 선형 형태로 변하여 고분자 내에서의 전하 이동이 쉽기 때문에 박막의 resistivity가 감소한다. DMSO가 첨가된 유기 박막의 면 저항은 DMSO가 첨가되지 않은 유기 박막 의 면 저항에 비해 100배 이상 작은 값을 갖는다.
전기 전도도(electrical conductivity)(σ): 전류에 반하는 힘을 얼마나 갖는지에 대한 지표로, 단위로는 [S/m]을 사용하고, σ=1/ρ 식이 성립한다. 저항(resistance)(R): 전류가 흐르는 것을 방해하는 정도를 나타내는 지표로, dimension에 따라 변하는 값으로, 단위로는 [Ω]을 사용한다. V=I*R라는 Ohm’s law가 성립한다. (I: 전류, V:전압) R=ρ*l/A라는 Pouillet’s law가 성립한다. 고유 저항(resistivity)(ρ): 단위면적당 단위길이당 저항으로 물질에 따라 고유한 값을 가지며, 전자의 이동에 대한 물질의 특성이다. 단위로는 [Ω·m]을 사용하고, ρ=R*A/l 식이 성립한다. R: 샘플의 저항, A: 샘플의 단면적, l: 샘플의 길이, 전자가 물질을 통과할 때 주변과의 충돌로 인해 전자의 평균 이동속도는 전도율과 비례하고, 온도에 따라 다르다. 도체의 경우에는 온도가 증가할수록 고유 저항도 증가하고, 반도체의 고유 저항은 감소한다.
탄소는 4개의 원자가 전자를 가지고, 결합방식에 따라 다른 성질을 가지는 탄소 동소체로는 다이 아몬드, 그래핀, 흑연 등이 있다. 탄소 원자가 벌집구조(honeycomb structure)인 육각형 격자 형태로 배열되어 있는 물질이며, 한 층으로만 이루어져 있기에 2차원 물질이며, band gap이 존재하지 않는 다. 그래핀은 한 층 내부의 탄소 원자 사이의 covalent bonding으로 벌집구조를 형성하며, Van der Waals bonding으로 층간 결합을 한다. 이때 탄소 원자간 간격은 0.14nm, 층상 간격은 0.34nm로 알 려져 있다. 흑연에서 그래핀을 박리하기 위해서는 기계적인 힘이나 층 간에 화학적 이온의 삽입 이 필연적이다. 흑연을 이용한 top-down 방식의 그래핀 제조 방법은 기계적 박리, 화학적 박리, 비 산화 박리로 나뉜다. h- BN은 그래핀과 비슷하게 한 층 내부의 Boron 원자와 Nitrogen 원자가 covalent bonding으로 벌집 구조를 형성하며, Van der Waals bonding으로 층을 이루는 층상 구조이다. h-BN은 절연체로 band-gap 이 5.0~5.6eV로 매우 크다.
코팅이란 기판 중앙에 소량의 코팅재를 도포한 후 기판을 일정한 속도로 회전시켜 원심력에 의해 코팅재료를 확산시켜 기판에 코팅하는 기법으로 주로 박막을 만드는 과정에 사용된다. 스핀코터는 코팅하려는 기판을 진공상태로 고정하여 회전시키는 장치로, rpm(회전 속도)이 클수록 박막의 두께는 얇아진다. 이 실험에서는 스핀코터의 스핀 시간은 40초로 일정하므로 2100rpm으로 코팅한 ITO박막의 두께가 제일 얇다.Isc(short circuit current)는 전압이 0일 때 태양광전지에 흐르는 전류다. 태양광전지에 입사되는 빛의 세기, 빛의 손실에 의해 발생하는 빛의 흡광 및 반사에 의해 결정된다. 코팅된 ITO 박막의 두께가 얇을수록 전류밀도가(current density)가 증가하는 것을 그래프를 통해 알 수 있다. 이는 두께가 얇을수록 광활성층에서 만들어지는 exiton이 적고, 각 층을 통해 빠져나가는 exiton의 양이 적기 때문이다.