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고분자 태양전지의 첨단재료 및 공정기술

전문가 제언: ○ 실리콘 태양전지의 고가 제조비로 인하여 경제적인 여러 유형의 박막 태양전지가 활발하게 개발되고 있다. 이중 유기 태양전지는 저가의 재료비, 최고의 가공성 그리고 유연성을 가져 인기를 끌고 있다. 저분자 태양전지는 고가의 진공증착 설비가 필요하므로 용액가공이 가능한 고분자 태양전지가 유기태양전지의 주류를 이루고 있다.

○ 고분자 태양전지의 현재 기술은 공액고분자 P3HT의 전자주개와 용매 가용성 풀러렌 유도체인 PCBM의 전자받개와의 블렌드로 된 벌크 이종접합(BHJ) 광활성층이 주도하고 있다. 현재 세계 최고 변환효율은 단일접합에서 6.1%, 탠덤 셀에서 6.5%이고, 광주과학기술원(GIST) 히거신소재연구센터의 A.J. Heeger 교수, 이광희 교수, 김진영 등에 의한 것이다. 미국의 Heeger 교수는 전도성 고분자로 2000년 노벨화학상을 수상하고 고분자 태양전지 제조사인 미국 Konarka사의 공동설립자이다.

○ 현재의 P3HT:PCBM 광활성층 기술은 P3HT의 밴드 갭이 약 1.9eV로 태양 광자의 22.4%만을 흡수하므로 보다 밴드 갭이 작은 공액고분자를 개발하기 위한 연구가 세계적으로 활발하다. Konarka사와 협력관계에 있는 Canada, Laval 대학교의 M. Leclerc 교수 등은 탠덤 셀 기록을 만든 밴드 갭 1.46eV의 PCPDTBT, 단일접합에서 기록을 가진 밴드 갭 1.88eV의 PCDTBT를 연구 개발하는데 큰 역할을 하였다.

○ Denmark 공대의 Frederik C. Krebs 교수 그룹은 고분자 태양전지에서 제품의 안정성 및 열분해 가능 공액고분자 기술을 다년간 연구하고 있으며 다층의 전체 용액가공에 필요한 용매불용성 공액고분자(P3CT 등) 제조 및 응용기술을 개발하였다. 본문에는 고분자 태양전지의 현재의 기술 벽을 넘을 가능성이 있는 첨단 재료 및 공정을 소개하고 있다.

○ 국내에선 ITO대체 등 세계적 첨단기술을 보유한 히거신소재센터와의 협력으로 사업화를 선포한 코오롱그룹이 적극적이다. 한국화학연구원, 전북대, 부산대, 서울대 등의 활약이 돋보인다. 한국이 상업적으로 고분자 태양전지를 성공시키기 위해서는 현재의 P3HT/PCBM 기술시스템을 성공시킨 Konarka사의 투자처럼 거국적인 지원 및 투자가 필요하다.

저자: Martin Helgesen, Roar Sondergaard and Frederik C. Krebs
자료유형: 학술정보