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양호한 효율의 도치형 P3HT:PCBM 태양전지의 장기 안정성

전문가 제언: ○ 실리콘 태양전지는 고가로 보급에 문제가 있어 왔다. 제조 공정상 큰 장점이 있고 흡수파장 영역이 다양한 유기재료 또는 유기고분자를 광흡수재료로 사용하는 태양전지가 기술혁신을 거듭하여 변환효율과 가격 면에서 경쟁력을 갖추고 있다. 이제는 수명연구가 필요한 단계이다.

○ 현재 ITO가 디바이스 원가 면에서 최대 비중을 가지며 유일한 정공전극으로 사용되지만 In의 조달 및 확산성이 문제되어 이의 대체연구가 한창이다. 또한 유기고분자 태양전지의 장기 안정성 문제가 Al 전극층의 산소 및 수분에 대한 취약성에서 크게 연유됨이 구체적으로 F.C. Krebs 등에 의해 밝혀졌다. LiF나 TiOx에 의한 Al 층 보강 또는 Ag나 Au로 Al의 대체연구가 진전되고 있으나 캡슐이 필요 없어져야 한다.

○ 본문에서 독일 Freiburg의 두 유명 연구소의 저자들은 상기의 대책으로 ITO 투명전극을 투명 공액고분자인 PEDOT:PSS으로 대체하고, Al 전자전극에서 Al에 대한 보호로 Cr 및 Ti의 완충재료 사용을 소개하고 있다. 따라서 기존 표준순서의 유리기판 상의 정공전극의 ITO 대신에 보강된 Al 층이 사용되어야 하고 광전극인 전자전극에는 투명 PEDOT:PSS가 사용되어 기존 전극 표준순서와 반대인 도치형 순서가 된다.

○ 본문의 도치형 유기태양전지의 구조는 유리/m/Al/m/P3HT:PCBM/ PEDOT:PSS이고, m은 Al의 완충금속이다. 본문에서 Cr/Al/Cr 전극을 사용한 경우가 Ti/Al/Ti 전극을 사용한 경우에 비해 초기 효율은 비슷하고 장기 안정성이 더 우수하였다. 또한 P3HT:PCBM의 벌크이종접합의 두께가 장기 안정성에 영향을 미침이 밝혀졌다. 이 도치된 태양전지가 현재 최고 수준의 표준순서의 셀과 동일한 장기 안정성을 보였다.

○ 현재 유기고분자 태양전지의 변환효율 증대에 필요한 광흡수대역의 근적외선 확장을 위한 좁은 띠간격인 1.0eV를 가진 고분자 개발이 2008년 보고되었다. wrap through module라고 불리는 ITO 대용의 원가가 1/20인 고분자 투명전극이 광주과학기술원의 김동유, 나석인 등에 의해 보고되어 Impact Factor 8.191을 받았다. 이 기술을 본문의 저자들도 2008년 보고하여 유기태양전지 실용화에 밝은 전망을 보여주고 있다.

저자: B.Zimmermann et al
자료유형: 학술정보