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반도체 고분자를 이용한 유기박막 태양전지의 최신기술

전문가 제언: ○ 화석연료의 고갈이나 온난화 가스인 CO2 배출 문제 등 심각해지고 있는 에너지 문제로 인해 환경을 생각하는 유력한 전기 에너지원으로 태양전지가 주목 받고 있다. 그러나 현재 주류인 실리콘계 무기태양전지는 제조 프로세스가 복잡하고 고진공, 고온의 장치가 필요한 등의 비용 측면에서 어려움이 있어 일반가정에 폭넓게 보급되지 못하고 있다.

○ 차세대 태양전지의 유력한 후보로 유기반도체를 이용한 유기박막 태양전지의 연구개발이 전 세계적으로 활발해지고 있다. 유기박막 태양전지는 인쇄법이나 잉크젯법 등 코팅공정에 의해 대면적의 제작, 저 비용화 실현이 가능하다.

○ 또 유기박막 태양전지는 플라스틱 필름 등에 막을 입힐 수 있고 휴대 기기용 전원이나 웨어러블 전원 등 폭넓은 용도 전개가 기대되고 있다. 그러나 변환효율이 낮은 것이 실용화의 가장 큰 걸림돌이었다.

○ 이에 대하여 효율향상을 시도하는 많은 연구가 있다. 유기박막 태양전지의 발전 층은 빛을 쬐면 전자를 방출하는 도너재료와 방출된 전자를 받아 전극(음극)까지 옮기는 억셉터재료로 구성된다. 이는 독자적인 분자설계에 의한 신규 도너재료의 개발에 의해 달성할 수 있다.

○ 이글은 주로 박막중의 전하수송과 전극에의 전하수집 프로세스를 효율화하는 것이 기본이다. 각각의 경우 적합한 박막중의 나노 구조제어의 관점으로부터 재료개발과 구조구축을 시도하여 최근 일어난 연구내용을 소개하고 있다. MDMO-PPV를 시작으로 하는 가용성 폴리페닐렌 비닐렌계 폴리머는 비정질에서 입체규칙적인 결합을 갖는 결정성 MDMO-PPV를 합성하여 추가로 3%에 이르는 효율향상을 보고한다.

○ 또한 F-PCBM을 버퍼 층으로 삽입하여 유기/금속계면의 에너지 장벽을 감소시키며 효율증대를 시도하고 있다. 이들을 LED나 FET 등의 전하 주입장벽의 제어 등 다른 유기전자 디바이스에의 응용도 가능할 것으로 생각하며 많은 가능성을 열어가고 있다.

저자: K. Tajima
자료유형: 학술정보