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MEH-PPV/TiO2 하이브리드 태양전지에서 표면 리간드의 영향

전문가 제언: ○ 염료감응태양전지(DSSC)는 현재 약 11%의 최고 파워변환효율(PCE)을 보이지만 저렴한 원가의 매력을 지니고 있어서 관심을 끌고 있다. 이의 휘발성전해질의 단점을 보완하고, 한층 더 경제성 제고를 위해 최근 회전코팅 제조 방식의 유연성 있는 고분자 태양전지가 집중 연구되고 있다.

○ 최근 유기고분자 태양전지의 핵심인 광 활성층은 전자주개 공액고분자와 전자받개인 풀러렌 유도체의 PCBM과의 벌크이종접합 기술을 이용하고 있다. PCBM은 용매에 용해 가능하여 고분자와 함께 용액가공을 가능케 한다. 이들 두 성분의 상호침투네트워크(IPN)로 결합된 나노복합체에서 나노크기 두 성분의 무한 계면은 여기자의 분리 및 전자이동에 이상적이다. 현재 이의 PCE가 DSSC의 반 정도까지 향상되었다.

○ 전자받개인 PCBM을 무기계 나노 반도체 산화물결정(CdSe, CdS, ZnO, TiO2, Nb2O5, CeO2 등)으로 대체하여 무기 나노결정의 특수 광 특성을 이용하려는 연구가 한창이다. 무기 나노 결정 크기의 변화로 띠 간격을 조정하여 가시광을 흡수할 수 있으며, 나노로드(NR) 등의 큰 종횡비를 이용하여 구형 나노입자보다 양호한 전자이동 통로를 기대할 수 있다. 반도체 무기나노결정 이용의 하이브리드 태양전지는 하나의 광자에서 복수의 여기자를 얻으려는 양자효율 극대화의 궁극적 꿈을 갖고 있다.

○ 본문은 올레인산(OLA)을 계면활성제로 사용하여 tetraisopropoxide (TTIP)를 아민계 촉매 존재 하에 가수분해하여 TiO2 NR를 합성하고, 이를 여러 리간드로 개질하여 사용한 하이브리드 고분자 태양전지의 광기전력 특성비교를 소개하고 있다. 이 전지는 공액고분자로 poly[2- Methoxy-5-(2-EthylHexyloxy)-P-PhenyleneVinylene](MEH-PPV)를 사용하였다. 여러 리간드 중 티오페놀(TP)이 TiO2의 Ti와 착물 형성으로 안정성과 분산이 우수하여 PCE 등 광전지 특성에서 다른 리간드보다 우수함을 보고하고 있다. 현재 PCE는 낮으나 금후의 발전이 기대된다.

○ IUMRS-ICEM 2008에서 한국화학연구원의 석상일 등은 DSSC에서 종래의 P25(구형 TiO2)보다 우수한 발전성능을 보인 종횡비가 큰 TiO2 NR이용 연구결과를 보고하였다. 활발한 한국 태양전지 연구의 한 예이다.

저자: Jincheng Liu, Wengli Wang, Huangzhong Yu, Zhonglian Wu, Junbiao Peng, Yong Cao
자료유형: 학술정보