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대면적 유기 태양전지 모듈의 제조와 성능

전문가 제언: ○ 유기고분자 태양전지는 고분자 특유의 고도의 생산성으로 실리콘 태양전지를 극적인 원가절감에 의해 대체할 비전을 갖고 있다. 그러나 현황은 아직 실험실 단계를 벗어나지 못하고 있다. 파워변환효율은 활성면적 1㎠ 이하의 단위 셀에서 NREL(National Renewable Energy Laboratory)로부터 미국 Plextronics사가 5.4%의 인증을 받은 것이 최고이다.

○ 따라서 변환효율 제고가 연구의 주목표가 되고 있다. 장기내구성이나 생산규모 확대 연구는 우선순위에서 밀려왔다. 최근 5% 대의 변환효율로 가능한 휴대기기의 보조전원이나 의복, 실내 인테리어 등의 응용시장이 가시화됨에 따라 모듈 생산 설비로의 이전이 급한 과제가 되고 있다.

○ 여러 회사가 유기고분자 태양전지 개발을 위해 연구 중에 있다. 그 중 Plextronics사는 미국 Carnegie Mellon University의 화학교수 Richard D. McCullough의 연구 성과를 상업화하기 위하여 2002년 설립되었다. 이 회사는 폴리티오펜을 비롯한 본질적으로 전도성을 갖는 고분자(ICP) 제품의 상업화를 추진하여 OLED, OPV(OSC) 등에 기여하고 있다.

○ 본문에서 이 회사의 저자들은 정공수송층(HTL) 위에 P3HT와 PCBM 블렌드의 활성층을 스핀코팅하여 제조한 54개 셀 구조의 모듈 제조를 소개하고 있다. 모듈 면적 233㎠는 세계 최대이고 이 모듈 면적 기준 1.1%의 변환효율도 모듈로서 세계 최고였다. 이 모두를 NREL로부터 인증받았고, 수명도 3000시간 이상(이론적으로 5000시간)임을 소개했다.

○ 본문에는 밝히지 않았으나 HTL은 이 회사의 sulfonated polythiophene 잉크 용액인 Plexcore OC(등록 상명)이며, 활성층도 이 회사의 p형 및 n형 유기반도체의 블렌드 용액인 Plexcore PV(등록 상명)이다. 용매 가용성의 P3HT인 Plexcore OS(등록 상명)는 Plexcore PV의 주원료이다.

○ 모듈 생산 시 변환효율 저하에 대한 대책으론 전자공학급의 고순도를 가진 P3HT 및 HTL 재료 등의 초고순도화가 우선 필요할 것이다. 또한 직렬연결 시 결점 셀의 최저전류가 모듈전류가 되므로 스핀코팅을 비롯한 전 작업에는 클린룸 내 완벽한 통계적 품질관리가 필요할 것이다.

저자: Ritesh Tipnis et al
자료유형: 학술정보