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고분자 태양전지의 최근의 발전과 성능 향상 방향

전문가 제언: ○ 고분자 태양전지는 현재 반도체 고분자 주개/풀러렌 유도체 받개 블렌드의 상호 침투 네트워크 구조의 벌크이종접합 광 활성층을 가진다. 이는 스핀 코팅 등의 용액 가공이 가능하여 제조비가 매우 저렴하다. 저분자 태양전지는 용매에 불용인 광 활성층 재료 가공에 고가의 증착 공정이 필요하므로 고분자 태양전지가 유기 태양전지의 주류를 이루고 있다.

○ 고분자 태양전지는 최고 변환효율이 실험실적으로 6%대이고, 대기 중의 수명도 캡슐화가 없이는 며칠 안 되는 연구단계에 있다. 본문은 고분자 태양전지의 최근의 발전을 고찰하고 이들의 성능 향상과 안정성 향상을 위한 방향을 제시하고 있다. 고분자 태양전지 최고의 변환효율은 2009년 4월 단일접합에서 6.1%, 탠덤 셀에서 2007년 6.5%이었다.

○ 이 두 기록은 이광희 교수와 A.J. Heeger 교수 주축의 히거 신소재 센터의 세계적 업적이다. 미국 Konarka Technologies사의 주개와 받개 단위를 함께 가진 작은 밴드 갭 에너지의 고분자를 사용한 광 흡수 확장 결과이었다. 2008년 이 회사는 캡슐화된 고분자 태양전지의 1년 이상의 옥외수명을 보고하여 P3HT/PCBM 시스템의 안정성을 보였다.

○ 본문은 성능 향상에 작은 밴드 갭 고분자 사용 외 광 활성층 증착 후의 열처리, 느린 건조, 첨가물 및 버퍼층 사용, 새로운 셀 구조 등을 소개했다. 안정성 향상에 Krebs 등은 전구체 열분해로 생성된 더 안정한 P3CT 이용 고분자 태양전지를 보고했다. 일함수가 높은 Au 등의 양극 금속전극을 사용한 도치형 구조도 소개되었다. 단일 접합 셀에서 10% 이상의 변환효율 달성에는 기본 메커니즘의 연구와 새로운 재료의 개발이 시급하다.

○ 한국에서는 히거 신소재 센터의 ITO 없는 연구 등 외 부산대, 서울대, 인하대, KAIST, 전북대, 한국화학연구원 등의 혁혁한 연구가 돋보인다. 2007년 코오롱 그룹은 히거 신소재센터와 공동연구로 2010년까지의 유기 태양전지의 상용화 계획을 공표하였다. 금후 유기 태양전지는 광 흡수 스펙트럼 향상, 밴드 갭 조정, 전하 수송 향상, 양자점 태양전지, 다중 여기자 생성 등이 가능한 반도체 나노결정이 필요할 것이다. 한국의 고분자 태양전지는 축적된 OLED 기술을 활용할 수 있어 미래 전망이 밝다.

저자: Wanzhu Cai, Xiong Gong, Yong Cao
자료유형: 학술정보