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환경에 안정한 고분자 태양전지의 풀러렌 함유 LiF 복합체 정공차단층

전문가 제언: ○ 오늘날 고분자 태양전지는 태양전지 중 가장 생산비가 저렴하고 유연성 및 대량생산 가능성이 있어 인기가 높다. 그러나 에너지 변환효율은 아직 실험실에서 5%대이고 대기 중에서의 안정성은 수백시간에 불과하여 통상 유리밀봉이 필요하다. 원가의 대부분을 차지하는 ITO 대체를 제외하고는 변환효율 향상과 장기수명 연구가 목전의 과제이다.

○ 짧은 수명은 대기 중의 습기 및 산소가 금속음극을 통해 금속보다 안정성에 취약한 고분자 활성층으로의 확산에 기인하는데 수명향상 연구는 효율향상 연구에 비해 훨씬 적었다. 2007년 미국의 Konarka사는 유연성 기판/차단막 밀봉을 사용하여 실내 65℃ 및 1sun(100mW/㎠) 조도 하에 1000h 가속 광안정성 시험통과를 발표하여 상업화 기틀을 마련했다.

○ 현재 고분자 태양전지의 표준구조 예는 (양극) ITO 투명전도성 코팅 유리 기판/정공주입층/P3HT:PCBM/정공차단층(LiF)/금속(음극)(Al)이다. 절연성 LiF가 박막이어야 하므로 수분 및 산소의 침투에 약한 것이 문제이다. 안정성에 영향을 미치는 인자로는 일함수가 낮은 금속을 통한 습기 및 산소의 확산 및 고분자 활성층 자체의 안정성 부족 등이 있다.

○ 이 글은 고분자 태양전지의 변환효율이 고분자 활성층과 Al 음극 사이에 정공차단층 C60:LiF 복합체 막 삽입에 의해 향상될 수 있음을 보고하고 있다. 고전도성 풀러렌 함유에 의해 C60:LiF 복합체 막을 두껍게 할 수 있어 습기 및 산소투과를 줄일 수 있으므로 안정성이 크게 향상시킬 수 있다. 에폭시 밀봉의 유리덮개 사용 시 C60:LiF 복합체 태양전지는 약 65℃의 일정한 조명하에 반감기 2,300h를 보였다. 이 수명은 수백시간 수준의 수명을 가진 표준 고분자 태양전지보다 수배 더 길다.

○ 수명향상에는 Al 등의 음극보다 일함수가 높은 Au 등의 금속양극과 PEDOT:PSS 전자차단층으로 안정성을 높인 도치형 설계가 있다. P3HT의 활성층 고분자보다 안정한 불용성 P3CT를 가용성 전구체의 용액증착 후 열분해로 제조하는 기술이 있다. 유기고분자 태양전지에서 세계적 위치의 한국은 기초 정밀화학 연구에 장기적 제도적 지원이 절실하다.

저자: By Dong Gao et al
자료유형: 학술정보