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고분자 태양전지의 생산 규모 확대를 위한 릴투릴 습식 코팅 기술

전문가 제언: ○ 유기고분자 태양전지는 가장 경제성 있는 태양전지로 구부릴 수 있고 가벼운 장점이 있다. 현재 기술수준은 실험실에서 단일 셀로 불활성 가스 속에서 유리 기판을 사용하여 5%대의 파워변환효율을 실현하고 있으며, 내구성과 수명연구가 최근 활발해지고 있다.

○ 그동안 유기고분자 태양전지의 가장 큰 장점의 하나라고 회자되어온 저렴한 고분자 박막 기판 상에서의 릴투릴(R2R)방식의 연속생산은 아직 보고되지 않고 있었다. 본문에서 독일의 저자들은 세계 최초로 저렴한 상용 고분자인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 박막을 사용한 릴투릴 방식의 연속생산 기술을 소개하고 있다.

○ 현재 입증된 PET/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al 구조의 셀이 본문에서 적용되었다. 본문의 릴투릴 공정은 릴에서 ITO 코팅 PET 필름이 풀리면서 코로나 전처리를 거쳐 이물질이 혼입되지 않도록 층상흐름의 유체 상자 내에서 슬롯다이에 의해 기능층이 코팅된 후 적외선 건조를 거친 다음 뜨거운 공기 대류 속에서 용매가 휘발되어 릴에 귄취된다. 두께 100nm의 투명 전도성 ITO(인듐 도핑 산화주석)막이 코팅된 약 175㎛ 두께의 PET 박막이 이미 상용화되었다.

○ 박막 위에 두 기능층인 전도성 PEDOT:PSS 분산층과 광활성층 P3HT: PCBM 용액층을 실험실 코팅기에서 슬롯다이 기술을 사용하여 1~4m/min의 라인 속도로 성공적으로 연속 생산한 내용이 소개되고 있다. 의사 태양광 AM 1.5(100mW/㎠) 조사 시 최고 파워변환효율 1.7%가 실현되었다. Al 전극층의 진공 열증착은 연속작업이 아니지만 산업계 기술응용 시 연속작업이 가능할 것이다. 캡슐화에 의한 내구성 대책으로 소규모 파워가 필요한 디바이스에 상업적 투입은 가능할 것이다.

○ 궁극적 변환효율 향상에는 태양광의 흡수영역을 넓히기 위해 약 1.5eV 이하의 좁은 띠간격을 갖는 공액 고분자를 발견하고 대기 중의 수분과 산소에 안정된 셀 부품 개발이 필요할 것이다. 유리를 사용하는 캡슐화는 유연성 있는 캡슐화로 바꾸어야 한다. 가격경쟁력과 내구성을 위해 Al은 이미 대체되고 있으나, ITO의 대체가 도전이 되고 있다.

저자: Lars Blankenburg et al
자료유형: 학술정보