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폴리티오펜-고분자전해질 탄소나노튜브 복합재 기반의 벌크헤테로접합 유기태양전지

전문가 제언: ○ 무궁무진한 태양에너지를 이용하는 에너지 대책은 지금까지의 주류 기술인 실리콘 태양전지에 의한 전력비가 기존 화석연료 발전보다 약 4배 정도로 고가이므로 보급에 지장을 주고 있다. 염료감응태양전지(DSSC)에서 진화된 유연성 있는 유기태양전지는 광활성층 용액의 상온코팅에 의한 대면적 생산이 가능하여 큰 경제성이 기대된다. 현재 DSSC의 절반인 약 5%의 변환효율 향상이 해결해야 할 도전과제이다.

○ 유기태양전지로는 2007년 7월 미국 캘리포니아 Santa Barbara 대학의 A.J. Heeger 교수와 한국의 이광희교수 팀에 의한 탠덤전지 방식이 세계 최고 변환효율 6.5%를 달성하였다. 곧 시장 진출이 예측된다. 이 탠덤전지는 흡수대가 다른 두 셀의 직렬사용으로 태양광 흡수대역을 넓혀 변환효율을 향상시켰다. 두 셀 모두 주개로 폴리티오펜 계열의 반도체고분자를 사용하고 받개로 풀러렌 유도체의 나노재료를 사용하였다.

○ 유기태양전지에서 현재는 넓은 흡수대역을 위해 띠간격이 작은 폴리티오펜계 반도체고분자의 주개 속에 받개로 고전도도의 나노재료가 분산된 나노복합재가 사용된 벌크헤테로접합 기술이 선호되고 있다. 이는 큰 계면면적에 따른 전하분리와 고전도도에 의한 전하수송에 유리하고 필름으로의 코팅이 쉽기 때문이다. 받개로는 용매에의 가용성을 개선한 풀러렌 유도체나 개질 처리된 탄소나노튜브 연구가 최근 많이 보인다.

○ 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 뛰어난 전도도로 DSSC와 유기태양전지의 전하 수송용으로 많이 연구되고 있다. 최근 반도체성 SWNT의 가시광선 여기에 의한 직접 발광현상이 주목을 끈다. 또 전하분리와 수송에 유리하여 유기태양전지에서 반도체고분자 대체용 주개로 직접 사용하는 연구가 많이 발표되고 있지만, 금속성분 분리비로 인해 고가이다.

○ 본문은 주개 반도체고분자와 경제적인 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)의 블렌드인 벌크헤테로접합 유기태양전지에서, MWNT에 질소 불순물 및 고분자전해질 첨가 여부에 따른 성능비교연구를 소개하고 있다. 질소 첨가 MWNT 함유 전지가 단락전류밀도 등 성능이 양호하였고 PDDA 고분자전해질 사용은 한층 더 우수한 총체적 성능을 보였다.

저자: M. Reyes-Reyes, R. Lopez-Sandoval, J. Liu, D.L. Carroll
자료유형: 학술정보