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고분자 반도체와 풀러렌의 벌크이종접합 태양전지

전문가 제언: ○ 유기박막태양전지(OPV)는 가격경쟁력이 우수하고 경량, 유연성, 색상, 투명도 조정 가능성이 보여 빌딩의 부품이나 휴대기기용 전기전자제품 시장에서 응용 전망이 보인다. 고분자 태양전지는 연속적 용액가공이 가능하여, 모듈의 고생산성 제조 가능성을 갖는 진공증착설비가 필요한 저분자 태양전지보다 경쟁력이 있어 보여 개발열기가 높다.

○ 고분자 태양전지의 상용화에는 수명과 변환효율의 향상이 과제이다. 현실적 상용 모듈제품의 목표로서 수명은 휴대기기용에서 2~3년이고, 변환효율은 실리콘 태양전지 효율의 1/3 수준인 10% 정도이다.

○ 이 글에서 저자는 OPV 개념을 체계적으로 요약 정리하고, 현재 고분자 태양전지 기술의 주류인 고분자:플러렌 시스템 중심의 최근 5년 OPV 재료와 기기의 과학 발전 및 금후의 발전방향을 설명하고 있다. 1% 효율의 과학적 호기심으로부터 9%가 넘는 효율까지 성장하게 된 OPV의 배경을 해설하고 있다. 새로운 재료의 개발(좁은 띠 간격에 의한 광흡수영역 확대 등), 합리적 기기구조 설계(벌크이종접합)와 최적재료 선정(P3HT와 PCBM)을 가능케 한 기기의 물리학적 골격개발이다.

○ 고분자 태양전지의 산업화에서 가장 앞선 Konarka사는 받개성이 강한 단위의 사용으로 주개 고분자의 HOMO를 낮춰 Voc를 높임으로써 효율 7.3%를 달성했다. Sumitomo사는 2008년 세계 최초로 6% 넘는 효율을 보고하고, 최근 좁은 띠 간격으로 광흡수단 파장 900㎚ 이상의 달성에 의한 효율 15% 이상의 가능성을 기대하고 있다. Mitsubishi사는 10% 넘는 효율을 보고하고 있다. 공인 최고기록은 독일 Heliatek사의 흡수단 파장 800㎚에서 탠덤 셀에 의한 8.3% 효율이다.

○ 한국의 광주과학기술원(GIST) 이광희 교수와 미국 A. Heeger 교수와의 협동연구가 수년전 탠덤 셀에서 6.5% 효율의 세계기록을 보였다. GIST는 또한 광활성층의 브러시 페인팅, ITO 투명전극의 대체개발도 보고했다. 이외에 수많은 국내 연구실적은 세계 톱 위상을 보이고 있다. 한국은 OLED 등에서 축적된 기술로 OPV에서도 선전할 것이다.

저자: Jenny Nelson
자료유형: 학술정보