공액고분자와 반도체의 하이브리드 태양전지

전문가 제언

○ 고가의 실리콘 태양전지는 염가의 태양전지가 개발됨으로써 염료감응 태양전지(DSSC)에 이어 유기태양전지(OSC)가 등장하였다. OSC는 W당 제조비가 0.1달러 수준이므로 온 세계가 개발에 열중이다. 이는 현재 공액 고분자계의 전도성 고분자(CP)인 전자주개(D)와 풀러렌의 유도체인 PCBM 등의 전자받개(A)와의 벌크 이종접합 구조로 되어있다. OSC의 변환효율은 DSSC의 절반 수준인 실험실에서 5~6% 수준이다.

○ OSC의 돌파구로 전자받개 PCBM을 반도체 나노결정(NC)으로 교체한 유기무기 하이브리드 태양전지가 연구되고 있다. 본문은 최근 인기 있는 CdS나 CdSe 반도체의 NC를 이용한 개발을 소개하고 있다. 반도체인 NC는 발광에 기여하고 전자이동도가 매우 크며 나노막대처럼 일차원 형상이 가능하여 우수한 전자수송 통로가 된다. 나노크기의 변화로 밴드 갭 에너지(Eg)를 조정할 수 있다. 아직 변환효율은 3% 미만이므로 본문은 구조/특성 관계의 명확한 이해에 주력하여 설명하고 있다.

○ 본문은 이 기술의 진보 및 방향을 명쾌하게 설명하고 있다. Eg 2.0의 현재 CP의 대표인 폴리티오펜계 P3HT를 낮은 Eg의 CP로 교체하여 광흡수를 장파장 대역으로 확장하는 것이 중요하다. 이는 분자 내 A 및 D 단위를 함께 포함하여 Eg를 낮추는 공중합체 사용이다. 광주과학기술원(GIST)의 이광희 교수팀의 PCPDTBT 이용은 세계적으로 유명하다. 전자수송의 연속성을 가진 TiO2 다공성 전극 내 CP 삽입, CP 내 나노막대의 수직배열도 소개하였다. 유무기 재료 사이의 비상용성 해결법이 제시되었다.

○ 국내에서도 하이브리드 태양전지는 연구단계이다. 고려대는 2006년 및 2009년 규칙적 수직배열 나노막대 및 나노와이어 사이에 CP를 채우는 기술을 보고하고 특허화 했다. 2004년 KIST는 전기방사에 의한 다공성 TiO2 섬유 기판전극을 고분자 전해질형 DSSC 연구에 적용했다. KIER은 염료와 TiO2를 결합시킨 DSSC를 특허화 했다. GIST도 유기태양전지의 수명향상에 금속 알콕사이드 이용을 특허화 했다. 삼성코닝, 삼성전기도 특허 등록했다. 유기태양전지의 발전은 반도체 NC에 의한 양자점 태양전지, 다중 여기자 생성이 가능한 하이브리드 태양전지에 의존할 것이다.

저자

Magdalena Skompska

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

160

잡지명

Synthetic Metals

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

1~15

분석자

변*호

분석물

• 공액고분자와 반도체 하이브리드 태양전지-.pdf [407,976 byte]

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