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벌크헤테로 접합구조의 유기박막 태양전지의 개발

전문가 제언: ○ 근래 유기반도체를 발광소자나 전자소자에 적극적으로 이용하려는 연구 개발 결과로 유기 전자발광체(유기 EL)를 탑재한 휴대 디스플레이나 TV가 실용화되었으며, 유기 EL 소자를 집적한 유기박막 트랜지스터(유기 TFT)를 활용한 유기 TFT 구동 디스플레이가 실용화되어 있다.

○ 지구온난화의 원인이 되는 온실효과가스의 배출을 삭감하고 무진장한 태양광에서 깨끗한 에너지를 확보하고 현재 보급되고 있는 주택용 태양전지의 재료인 “실리콘”의 부족으로 높은 에너지 변환 효율이 기대되는 화합물 반도체 계통 태양전지 연구가 관심을 받고 있다. 포스트 실리콘 태양전지로서 스핀 캐스트나 인쇄 기술 등의 용액 프로세스로 저비용, 대면적의 플렉서블한 기판으로 경량의 유기박막 태양전지를 제조하려는 연구가 활발하게 추진되고 있다.

○ 벌크헤테로 접합구조의 p형 반도체로는 폴리(3-헥실티오펜, P3HT), n형 유기반도체로 플러렌(C60) 또는 용해도를 향상시킨 플러렌 유도체 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester)를 가진 유기박막 태양전지에 관한 연구가 계속 주류를 이루고 있다. 고효율의 유기박막 태양전지를 실현하기 위해서는 p형 이외에 n형 신규 유기재료의 설계와 합성이 요구된다.

○ 본고는 필자 등이 광유기된 전자를 빨리 수용하는 전자 흡인성이 높으며 수용된 전자를 별도의 플러렌 유도체로 수송하는 전자 수송성이 높은 신규 n형 용해성 플러렌 유도체를 개발하였으며 그 중에서 DopC61bm이 가장 양호한 태양전지 에너지 변환 효율을 가지고 있음을 확인한 것이다.

○ 유기박막 태양전지는 실리콘이나 무기화합물 재료에는 없는 특징이 있으며 제조 프로세스도 간편하여 저비용으로 대면적의 플렉서블한 제품을 제조할 수 있어 새로운 용도나 시장 창출이 기대되는 제품이다. 고효율, 고내구성의 벌크헤테로 접합형 유기박막 태양전지의 실용화가 조기에 실현되기를 기대한다.

저자: Yasuhiko Hayashi
자료유형: 학술정보