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비정질 티타니아를 전자 집전 전극으로 사용한 도치형 고내구성 유기 태양전지

전문가 제언: ○ 유기 고분자 태양전지는 용액을 이용한 스핀코팅의 높은 생산성에 대한 기대, 실용 타당성에 근접한 최소 파워변환효율, 저렴한 재료가격 그리고 유연성 있는 고분자 필름 기판 사용 가능성으로 인기가 높다. 연구는 효율 제고 일변도에서 내구성 향상도 주 대상의 하나가 되었다.

○ 특히 Denmark의 F.C. Krebs 교수의 고분자 태양전지의 열화에 관한 연구는 많은 사실을 밝혀냈다. 그 중 대기 중의 산소와 습기가 태양전지 열화의 주 인자이고, 이들에 의한 Al 금속 후방 전극의 산화 그리고 Al 이온의 광활성층 P3HT/PCBM까지의 확산 등을 보고하였다.

○ 2007년 광주과학기술원의 이광희, 김진영, A.J. Heeger 등은 탠덤 셀 기술로 유기 고분자 태양전지의 세계최고 효율 6.5%를 달성하였다. 이들은 2006년 고분자 태양전지 효율향상에 용액 기반의 티타니아 사용을 보고하였다. 2007년에는 대기 중 산소와 습기의 침입을 막는 TiOx 층을 정규형 셀의 Al 전극과 활성층 사이에 사용하여 밀봉 없이 대기 중 수명을 약 100배 향상시킨 공기 중에서 안정된 태양전지를 보고했다.

○ 본문에서 일본 Kanazawa 대학의 T. Kuwabara 팀은 ITO 기판과 광활성층 P3HT:PCBM 블렌드 층 사이에 비정질 TiOx 층을 삽입한 도치형 유기 태양전지의 개발과 성능평가를 소개하였다. 현재 기술인 정규형 전지 구조의 Al(후방의 전자 집전 전극)/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/ ITO(전방 전극)을 다음과 같이 구조를 바꾸어 수명 향상을 이룩한 것이다. 개발된 구조는 도치형 Au(부식 없는 후방 전극)/PEDOT:PSS/ PCBM: P3HT/TiOx/ITO(전방의 전자 집전 전극)이었다.

○ 개발된 성능은 의사 태양광 조도 100mWcm2의 연속 조사 20h 후 파워변환효율 2.47%에 달하여 내구성의 큰 향상을 보였다. 공기 중 수명 안정성 향상을 위해 이 전지를 유리판으로 밀봉하여 120h 연속 조사 시 96%가 넘는 효율 유지를 과시하였다. 본문은 도치형으로 놀라운 수명 향상을 보인 뛰어난 세부기술을 잘 설명하고 있다. 그러나 시장은 밀봉 없는 기술을 요망하고, 밀봉이 있더라도 유연성 있는 밀봉기술이 필요하다. 또한 ITO 및 Au와 같은 고가의 재료는 대체가 필요하다.

저자: Takahiro Yamaguchi et al
자료유형: 학술정보