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롤투롤 방법으로 제조한 차세대 고분자 태양전지 모듈

전문가 제언: ○ 유기태양전지 그중에서도 유기고분자 태양전지는 재생에너지 기술 중 현재 경제성 면에서 가장 선두를 달리고 있다. 이는 저가 상용 고분자인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)라는 유연성 있는 필름기판 상에 용액가공에 의한 대면적 인쇄 및 코팅의 소위 롤투롤(Roll to Roll, R2R) 생산의 비전이 있다. 투명전극으로 독점적 지위에 있는 고가의 In도핑주석산화물(ITO)이 필요 없고, 금속전극을 위한 저생산성이고 고가인 진공 스퍼터링 코팅단계도 불필요하며 저온가공 가능성도 갖고 있다.

○ 유기태양전지는 현재까지 실험실 내 파워변환효율이 5%대로 실리콘 태양전지보다 낮아 응용시장 개척에 문제가 있었다. 최근 응용에서 무게와 두께에 제약이 있는 실리콘 태양전지보다 휴대기기의 보조전원, 실내광 만으로도 가능한 실내조명, 블라인드, 커튼 그리고 최근 솔라 모자(solar hat)까지 등장하고 있다. 문제는 실험실에서 모듈로 생산 규모 확대 시의 생산성 보장 설비투자, 변환효율, 장기 내구성의 확보이다.

○ 현재까지 유기고분자 태양전지의 최고 성능의 기술 수준은 poly-(3- hexylthiophene)(P3HT)와 용매 가용성인 풀러렌 유도체인 PCBM의 블렌드에 의한 벌크이종접합이 광활성층을 이루고 있다. 이 기술은 이미 모듈단계에서 3% 대의 변환효율로 1,000h 이상의 장기 내구성도 확보하고 있다. 이보다 장기 내구성에서 더 유망한 poly-(3-carboxydithio phene)(P3CT)와 염가 ZnO와의 블렌드에 의한 벌크이종접합 광활성층 기술을 꾸준히 연구해 온 Denmark의 F.C. Krebs 교수가 있다.

○ 그는 본문에서 진공단계가 포함되지 않은, 대기분위기의 R2R 연속 공정으로의 이전에 관한 P3CT:ZnO 셀의 모듈화 기술을 상세히 소개하고 있다. 모듈의 5층 중 최종 두 층을 제외한 모든 인쇄 및 코팅기술은 완전히 R2R 공정이 가능하였다. 최종 두 층은 시트 공급식 인쇄로 제조되어야 했는데, PET 기판의 내열성 부족이 원인이었다. 모듈화 기술에서 P3HT:PCBM의 현재 기술 수준과의 비교도 소개하였다.

○ P3CT:ZnO 모듈의 수율은 아직 낮으나 해결책이 가시적이고, 경제적 필름 인쇄 설비에 의한 양산 가능성으로 큰 전망을 보여주고 있다.

저자: Frederik C. Krebs
자료유형: 학술정보