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유기박막 태양전지의 차세대 태양전지로서 전망

전문가 제언: ○ 깨끗하고 무진장한 태양에너지를 이용하는 태양광발전은 지구온난화 방지에도 기여하기 때문에 장래의 에너지로 기대가 크다. 현재 보급되어 있는 실리콘계 태양전지의 발전 코스트는 기존 전력요금에 비해 여전히 비싸기 때문에 태양광발전의 새로운 보급을 위해서는 태양전지의 저비용화가 불가결하다. 이를 실현하기 위한 유망한 후보의 하나로 플라스틱 등의 플렉시블 기판을 이용하는 유기박막 태양전지가 21세기 들어 구미를 중심으로 활발하게 연구되고 있다.

○ 유기박막 태양전지는 현재 보급되어 있는 실리콘 태양전지와 같이 반도체의 기능에 근거하는 고체형의 태양전지로 실리콘 태양전지나 색소증감 태양전지보다 아주 가볍고 저비용이며 가공성이 좋아 어떠한 형상이나 용도에도 대응 가능하다는 특징이 있으며 자원적인 제약도 없어 재료 면이나 에너지 면에서 환경조화형이 될 수 있다. 에너지 변환효율도 1% 정도에서 좀처럼 향상되지 않았으나 최근에는 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 등의 도전성 고분자, 플러렌의 초고속광유기전자, 전자수용체와 전자공여체를 직접 혼합한 벌크헤테로 접합구조의 도입, 플러렌 유도체의 개발 등을 통해 현재는 4~6.5%의 값도 보고되고 있다.

○ 일본의 태양광발전 로드맵에 의하면 2030년까지 태양광발전 비용을 7엔/kWh에 내려 가정용 전력의 1/2(전 전력의 10%)을 태양광발전으로 조달할 계획을 수립하여 개발을 추진 중인데 이에 대응할 수 있는 유력후보의 하나가 유기박막 태양전지이다.

○ 본고는 유기박막 태양전지의 전자수송층, 활성층, 홀(정공)수송층 등의 신 재료 개발에 의한 ‘벌크헤테로 접합소자의 고성능화’와 ‘초계층 나노구조 소자’의 구축을 목표로 하는 필자 등의 최근의 연구 성과를 소개한 것이다. 특히 ‘초계층 나노구조 소자’는 벌크헤테로 소자의 이론한계를 넘는 10% 이상의 효율을 목표로 하는 신 재료의 개발과 그 적층기술, 자기조직화기술 등 표면기술에 대하여 설명하고 있다. 태양전지의 기술개발 방향설정에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.

저자: Susumu YOSHIKAWA
자료유형: 학술정보