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생분해성 고분자 태양전지

전문가 제언: ○ 여러 신 재생에너지 기술이 개발되어 상용화로 진입하고 있다. 이들 기술이 널리 보급되어 사용량이 많아질 때 수명 완료 시의 폐기 기술이 미리 강구될 필요가 있다. 풍력발전에서 터빈당 섬유강화 플라스틱이 주재료인 약 19톤의 날개 중량은 폐기 시 환경에 큰 부담이 되어 열경화성수지로부터 재생이 가능한 열가소성수지로 바꾸는 연구가 진행되고 있다. 고분자 태양전지도 이제 휴대기기용에의 상용화를 앞두고 배터리가 안고 있는 폐기 문제를 기판에 대해 미리 강구할 시기가 되었다. 활성층은 총 두께 1㎛ 이하로 환경에 큰 문제가 안 될 것이다.

○ 생분해성 지방족폴리에스테르 고분자에는 미생물로부터의 천연산품인 PHA(폴리히드록시알카노에이트)가 있으나, 녹말 발효로부터 유산을 거쳐 락티드의 개환중합에 의해 합성되는 PLLA가 높은 고분자량으로 상용화 되고 있다. PLA(폴리유산)에는 광학성질 외에는 모든 특성이 같은 L체, D체의 두 광학 이성체가 있다. PLA가 상용화된 것은 PLLA가 대부분이다. 이는 습기 없는 60℃ 미만에서 기계적 열적 내구성이 있다.

○ 본문에서는 PLLA의 낮은 내열성으로 인한 활성층 열처리에 대한 한계와 수명에 치명적인 수분/산소의 투과를 막기 위해 기판을 PLLA-나노점토의 나노복합체로 만든 도전적 내용을 소개하고 있다. 이 기판의 투명성을 이용하여 고가의 인듐이 필요 없는 투명전극을 Al 패턴과 은 박막 그리고 PEDOT:PSS의 회전코팅을 사용하여 만들었다. 활성층은 P3HT:PCBM의 벌크이종접합구조를 이용하고, 음극에는 Al을 증착했다.

○ 실험결과는 1000Wm-2 조도에서 30℃ 대기에 노출되자마자 열화가 심하여 2h 수명으로 나노점토 사용의 효과를 볼 수 없었다. PLLA 표면의 평면성과 압출가공 시의 기계적 응력, 가공온도의 제약, 사용 가능한 용매의 제약 등의 과제가 거론된다. 그러나 가장 큰 문제는 PLLA 단독의 밀봉재로서의 기능이 부족하여 수분/산소의 침투 확산이다.

○ 최근 L체와 D체의 PLLA 혼합이 스테레오 콤플렉스의 발현이나 다림질이 가능할 정도까지 융점을 상승시키므로, 나노점토의 적정 재료와 함량, 캡슐화 등으로 이 환경 친화적 아이디어가 성공되기를 바란다.

저자: Frederik C.Krebs
자료유형: 학술정보