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용액 가공 고분자 태양전지 벌크이종접합 블렌드의 최신 모폴로지 제어

전문가 제언: ○ 오늘날 유기태양전지, 특히 고분자 태양전지는 유연성 있고 박막이 가능하며 가공이 쉬워 인기가 높다. 현재 변환효율 기록 6.5%는 낮지만 1~2년 내 10% 변환효율 달성이 예견되어 휴대용 전기 전자 디바이스, 천막 등의 직물 그리고 건물일체형 태양전지(BIPV) 등에 응용이 기대된다.

○ 현재 유기태양전지 단일 접합 최고 변환효율 6.4%를 가진 주개 P3HT/받개 풀러렌 유도체 벌크이종접합(BHJ) 태양전지 효율은 광활성층 나노 구조의 모폴로지 특성에 좌우된다. 이는 BHJ의 용액 가공조건에 크게 의존하며 과거에는 용매선정, 열처리, 용매침지에 의해 제어되었다. 이 글은 최신 모폴로지 제어기술인 고분자 나노섬유와 같은 긴 형태 결정의 제조/이용 및 보조용매 사용에 관한 놀라운 두 기술을 소개하고 있다. 2~3배까지 효율을 향상시키는 신개념의 기술이다.

○ 2009년 말 미국 Solarmer Energy Inc.는 매우 작은 면적이긴 하나 미국 NREL로부터 7.9% 변환효율을 공인받았는데 수개월 전 실험실적 최고 7.6%를 경신한 최고 기록이다. 미국 A.J. Heeger 교수가 공동 창업한 Konarka Technologies Inc.는 5% 초과 효율의 세계 최고 P3HT/풀러렌 BHJ 기술 보유회사로 최근 1GW의 생산능력을 확보하고 작은 밴드 갭 고분자 개발로 크게 공헌하고 있다. 2009년 말까지 확보한 누계 약US$150M 연구자금으로 모범적 공동연구 투자를 계속하고 있다. 5% 초과 효율의 Plextronics사는 최근 NREL에서 안정성 평가시험을 시작했다.

○ 국내에서는 히거 신소재 연구센터와 협력하여 상용화 개발을 선포한 코오롱그룹이 있고 SK 에너지, KPF 등도 실용화 연구를 시작하였다. 국내 광주과학기술원은 히거 신소재 연구센터에서 최고 변환효율 6.5%를 얻고 활성층의 저가 브러시 인쇄 및 고분자 투명전극 개발 등으로 유명하다. 부산대의 작은 밴드 갭 고분자 합성연구, 한국화학연구원의 디바이스 제작, 한국기계연구원의 롤투롤 인쇄 제조연구 등이 활발하다.

○ 국내에서 유기태양전지 활성층 모폴로지 연구가 활발하지 않으나 나노 크기의 모폴로지 연구는 디바이스 성능의 안정이란 차원이 아니라 성능 향상을 위해 반드시 확보해야 할 핵심기술 분야이다.

저자: Adam J. Moule' and Klaus Meerholz
자료유형: 학술정보