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유기박막 태양전지의 현황(Present status of organic thin-film solar cells)

전문가 제언: □ 가볍고 저렴하며 유연한 태양전지로서의 실용화가 기대되는 유기박막 태양전지는, 캐리어 트랩 밀도가 커서 캐리어 수명과 이동도가 작고 확산길이도 짧기 때문에 광수집 효율이 매우 낮아 광전변환 효율이 낮다. 또한 일반적으로 유기반도체는 저항율이 크며 입사광 강도의 증대에 따라 변환효율이 감소한다.

□ 고분자 반도체 재료 개발에 있어서의 당면문제는 유기 EL의 고 효율화와 p-n 접합의 제작 등, 고도의 전자 디바이스 제작에는 불가결한 적층구조 구축의 어려움이다. 또 다른 문제점은 재료의 용매에 대한 용해성으로, 고 캐리어 이동도나 고내구성을 지향한 분자설계에는 발달한 π-공액계와 강한 분자간 상호작용 도입으로 재료의 용해성이 저하한다. 이것을 회피하기 위해 측쇄의 도입 등이 추진되지만, 합성경로가 번잡하여 신규재료 개발에 큰 장해가 되고 있다.

□ 일본 AIST는 C60에 alkyl chain을 도입하여, 유기용매 가용성인 C60MC12(C60－fused pyrrolidine－meta－C12 phenyl)를 합성해, 스핀 코팅만으로 층상구조의 양호한 결정성 박막의 제작 가능성을 확인했다. C60MC12를 이용해 유기 TFT를 제작하여 성능평가 결과에 의하면 그 전자 이동도는 도포법에 의해 제작된 n형 유기반도체로는 최고인 0.067㎠/Vs를 달성했다. Georgia공대 연구진은 가벼운 유기태양전지 제조를 위해, 결정성 유기필름인 Pentacene과 C60을 사용하여 2.7% 전환효율을 얻었으며 가까운 시일내에 5%까지 끌어 올릴 예정이다

□ KIST 강용수 박사팀은 에너지 전환효율이 8.1%(빛의 강도: 0.1 Sun)로 기존의 2.6%보다 거의 3배인 초고성능 고체형 유기태양전지 제조기술 개발 성공을 2004년 12월 발표했다. 이는 ‘올리고머’를 이용해 염료와 전해질의 경계면 접촉성을 크게 향상시키고 전해질의 이온전도도를 높였으며, 올리고머'가 스스로 고체화되도록 하여 고체형 유기태양전지 제조를 용이하게 하고 내구성을 향상시켜 생산 자동화의 가능성을 한층 높였으며, 향후 5년 내에 상업화할 계획이라고 밝혔다.

저자: Kazuhiro SAITO ; Tetsuya TAIMA ; Masayuki CHIKAMATSU ; Kohjiro HARA (etc.)
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