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탠덤 및 다중접합 유기태양전지

전문가 제언: ○ 유기태양전지는 회전코팅 등의 높은 가공 능력이 있으나, 광활성층 내 광흡수로 발생한 여기자의 확산길이가 너무 짧아 전하 분리에 불리하고, 태양 스펙트럼의 좁은 일부만을 흡수하는 단점이 있다. 산소나 수분 침투에 취약하여 장기수명에 불리한 점도 큰 문제이다. 좁은 띠간격의 전도성 고분자가 아직 실용화에는 멀어 흡수 스펙트럼이 다른 전도성 고분자 주개를 탠덤이나 다중으로 사용하여 태양스펙트럼의 가시광 전체 및 근적외선까지를 이용하려는 유기 탠덤전지가 개발되고 있다.

○ 유기 탠덤 태양전지의 경우 상부 셀(후면 셀)과 하부 셀(전면 셀) 사이의 분리층의 역할이 매우 중요하다. 분리층은 상부 셀 가공 시에 하부 셀에 손상을 주지 않도록 보호해야 하고, 전면 셀로부터 후면 셀로의 양호한 광투과를 가능하게 하여 효율적인 전하 재결합을 갖도록 고투명도를 가져야 한다. 또한 직렬연결 외에 병렬연결 시에 전하추출을 위한 고전도도가 필요하므로 탠덤전지의 성공 여부는 분리층(재결합층)에 좌우된다.

○ 본문에서 Netherland Groningen 대학 교수인 Afshin Hadipour 등은 복잡다기한 탠덤 및 다중접합 유기태양전지의 기술개발 내력을 질서정연하고 명료하게 정리하여 크게 도움을 주고 있다. 이제는 단일층이 용액가공에 의해 제조될 수 있어 탠덤전지도 용액가공이 필요하게 되었다. 본문은 모든 층을 용액가공하고, 상부 셀과 하부 셀의 분리층으로 고투명도의 산화티타늄층을 사용한 광주과학기술원의 김영진, 이광희 등의 2007년 세계 최고 변환효율 6% 이상 달성을 소개하며 끝맺고 있다.

○ 옴접촉이 어려운 ITO를 비롯하여 일함수가 높은 금속에 대한 전기전도도 보완을 위하여 PSS로 도핑된 PS 전도성 고분자(PEDOT:PSS)가 현재 최고의 전도성 고분자로 유기태양전지에 사용되고 있다. 2009년 5월 일본 Asahi Kasei Chemical은 도핑제로 polyvinylsulfonate(PVS)를 개발하여 PEDOT:PSS보다 100배의 전도도를 갖는 PEDOT:PVS를 발표하여 유기태양전지를 비롯한 OLED 등에 큰 영향이 예상된다. 좁은 띠간격의 전도성 고분자 개발이 보고되기도 하였다. 높은 변환효율의 단일 셀 개발에 의해 고비용의 유기 탠덤 태양전지가 필요 없게 되기를 기원해 본다.

저자: Afshin Hadipour et al
자료유형: 학술정보