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고분자 태양전지의 열화 메커니즘

전문가 제언: ○ 오늘날 여러 신재생에너지 기술 중 유망성이 인정되는 유기태양전지(OPV)에는 고분자 태양전지와 저분자 태양전지가 있다. 이 중 고분자 태양전지는 P3HT:PCBM 광활성층(PAL)의 용액가공이 가능하여 롤투롤 방식의 고생산성이 기대되고 진공증착 설비투자가 필요 없으며 원가에서 저분자 태양전지보다 유리한 면이 있어 활발하게 연구되고 있다.

○ OPV 상업화에는 변환효율 및 수명 향상의 도전이 있다. 변환효율이 실리콘 태양전지의 1/3 수준인 10% 이상의 OPV 상용제품은 원가가 매우 낮아 성공이 기대된다. 그러나 수명은 결정질 태양전지의 25년에 비해 너무 낮아 휴대기기 전원용으로 실내에서 수년의 수명도 어려워 OPV 열화메커니즘의 이해가 시급하다. 이 논문은 OPV 셀의 광활성층, 전극, 이들 사이의 계면 그리고 모듈 및 접속에서 산소, 수분, 광 그리고 전기적 스트레스에 의한 재료와 구조(정상 및 도치)에 대한 열화 그리고 열화방지를 위한 연구현황을 체계적으로 소개하고 있다.

○ 국내 OPV 연구는 이보다 앞선 국내의 OLED 연구 등의 덕을 보고 있다. 광주과학기술원(GIST), 한국과학기술원, 한국과학기술연구원(KIST), 한국전자통신연구원, 한국에너지기술연구원, 한국전기연구원 기타 학계/산업계에서 적극적 연구를 수행하여 세계적으로 선두에 속한다. GIST의 이광희 교수 팀은 미국 A. Heeger 교수팀과 협동연구로 탠덤 셀에 의한 효율 6.5%의 기록을 갖고, 김동유 교수 등은 P3HT:PCBM 광활성층의 양산기법인 브러쉬 페인팅, ITO 대체 유기전극 등의 기술을 개발하였다.

○ 이외 KIST 김경곤 박사의 Al 음극 정상적 구조의 P3HT:PCBM 광활성층 열경화 연구, 한국화학연구원(KRICT) 문상진 박사의 열처리 연구 등이 있다. 한국기계연구원(KIMM)은 스프레이 인쇄기법에 의한 전도성 고분자 투명전극 제조기술을 개발하여 취성으로 열화에 약하나 고가인 ITO 사용 시와 비슷한 전기적 특성을 시현하였다. 한국은 최고 변환효율 기록 외에도 생산성 향상을 위한 공정기술 연구 등이 앞서고 전극열화 방지연구도 유명하나 고분자 태양전지의 체계적 열화방지연구는 아직 미흡하여 각계의 협동연구가 필요하다.

저자: Nadia Grossiord et al
자료유형: 학술정보