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용액공정만으로 제조한 열분해 재료 기반의 탠덤 고분자 태양전지

전문가 제언: ○ 신․재생에너지 기술 중 유기고분자 태양전지가 휴대 기기용 시장을 목표로 효율 5% 대에서 경제적인 대안으로 떠올라 이의 연구가 활발하다. 이 기술은 전자받개인 풀러렌의 유도체 PCBM과 전자주개인 공액고분자 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 또는 폴리(3-카르복시디티오펜) (P3CT)와의 벌크이종접합기술이다. 이 공액 고분자시스템의 넓은 띠 간격에 의한 600nm 이하의 광흡수 파장역이 효율에 한계가 되고 있다.

○ 태양광의 장파장 및 단파장의 모든 빛을 포획하기 위한 연구가 한창인 가운데 2007년 미국 A.J. Heeger 교수와 한국 이광희 교수 등이 6.5% 대 최고 효율의 탠덤전지를 보고하였다. 띠 간격이 다른 PCPDTBT/ PCBM과 P3CT/PCBM의 두 셀의 모든 층을 용액으로 가공한 것이다.

○ 본문 저자인 Denmark의 Krebs 교수는 2008년 3월 열 분해성 고분자P3MHOCT를 공정 중 열처리하여 P3CT를 만들고 모든 층이 용액 공정으로 제조된 단일접합 고분자 태양전지를 보고하였다. 활성층은 공액고분자 P3CT와 경제적인 ZnO의 하이브리드 벌크이종접합이며 고가의 풀러렌이 사용 안 되고 캡슐화가 필요 없었다. P3CT 셀은 넓은 띠 간격으로 빛 흡수파장역이 600nm 이하이고, 1000Wm-2 조도와 72℃/상대습도 35%에서 초기성능의 80% 도달 수명 150h로 안정되었다.

○ 본문 저자들은 더 나아가 열 분해성 고분자 P3TMDCTTP를 합성하고 공정 중 열처리에 의해 띠 간격이 좁은 공액 고분자 P3CTTP와 ZnO의 셀을 앞의 P3CT/ZnO 셀과 탠덤 전지를 만들어 특성을 평가했다. 이 탠덤 전지 구조는 아래로부터 유리/ITO/ZnO/P3CT:ZnO/PEDOT:PSS (중간 전극)/ZnO/P3CTTP:ZnO/PEDOT:PSS/Ag 페이스트(전극)로 되어있다. 열 분해성 고분자는 에스테르의 열분해에 의해 용해성 알킬기가 제거되고 불용성 공액고분자가 남아 안정된 특성을 가진다. 값싼 용해성 ZnO 입자 사용과 한 용매에 의한 모든 층의 용액 가공이 놀랍다.

○ 캡슐화가 사용 안 되었다. 탠덤 전지의 단락전류는 P3CT 기반의 단일 셀보다 열등한데 두 셀 사이의 부적절한 연결에 연유된다. 개방회로전압은 단일접합보다 높으나 계면에서의 전압강하로 제한받고 있다.

저자: Frederik C. Krebs et al
자료유형: 학술정보