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저분자계 유기태양전지의 개발

전문가 제언: ○ 유기태양전지는 크게 저분자계 태양전지, 고분자 태양전지, 유기무기 하이브리드 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC)로 나눌 수 있다. 새로운 유기태양전지로 양자우물 태양전지, 나노구조 태양전지, 그라핀 태양전지 등이 부상하고 있다. 본문은 저분자계 태양전지의 개발을 다루고 있다. 본문 저자인 일본의 Masahiro Hiramoto는 1991년 세계 최초로 p형과 n형의 유기반도체를 공증착에 의해 혼합시킨 i층을 p형과 n형 사이에 둔 p-i-n 접합셀 개념을 활성층에 사용한 것으로 유명하다.

○ 이는 1995년 연달아 보고된 영국의 Friend 등과 미국의 Heeger 등의 유기고분자 태양전지 활성층의 벌크이종접합기술과 동일한 개념이다. 이 기술로 유기태양전지의 여기자 해리에 지장을 주어왔던 유기화합물 내 여기자의 10nm 정도의 극히 짧은 확산거리 문제를 해결할 수 있었다. 일예로 저분자계 활성층은 p형 유기반도체의 저분자인 프탈로시아닌과 n형 유기반도체인 풀러렌의 혼합을 공증착에 의한다. 고분자 태양전지에서는 전자주게 공액고분자와 전자받게 PCBM(가용성을 위한 플러렌의 유도체)의 블렌드를 용액 내 용매 용해력에 의존하고 있다.

○ 유기 태양전지의 변환효율 향상을 위해서는 태양광 스펙트럼 전체를 흡수할 수 있도록 충분한 광흡수가 필요하다. 저자는 유기반도체의 초고순도화 달성으로 그동안 어려웠던 100nm 이상의 큰 두께인 1㎛의 활성층으로 광흡수를 해결한 내용을 소개하고 있다. 본문에서는 이들 기술로 저분자계 태양전지의 변환효율 5.3%를 달성, 고분자 태양전지와 비슷한 성능에 도달했음을 소개하고 있다. 내구성도 고진공 하에 1000시간(42일)까지 열화가 거의 무시할 정도임을 보였다. 내구성은 대기압 하의 10년 정도로 향상이 필요하고 밀봉기술개발도 필요하다.

○ 진공증착에 의한 p-i-n 활성층 제조는 너무 생산성이 낮아 용액 코팅법을 사용하는 고분자 태양전지와 경쟁이 힘들 것이다. 2008년 10월 일본의 Mitsubishi Chemical Corp.은 용액 코팅법을 사용한 ?Project PV?를 개시하여 현재 3.4%의 변환효율을 달성하고, 2010년까지 7%를 목표로 한다고 발표하였다. 저분자계 유기태양전지도 변환효율의 향상과 생산기술 개선에 의해 유력한 유기태양전지의 하나로 떠오르고 있다.

저자: Masahiro Hiramoto
자료유형: 학술정보