나노임프린트 고분자 태양전지

전문가 제언

○ 유기태양전지(OPV) 중 실용적 파워변환효율(PCE)이 우수한 고분자 태양전지(PSC)의 오늘날 활성층 설계는 P3HT 공액 고분자(주개)/풀러렌(받개)의 상호침투형 벌크이종접합(BHJ)이다. PCE는 단일 셀에서 5% 정도이지만 활성층의 나노크기 모폴로지와 분자배향/결정도에 의해 결정된다. PSC의 BHJ 활성층 모폴로지는 불완전 연결도 있어 전하재결합이 많고, 고분자 사슬정렬이 불충분하여 전하(특히 정공) 이동도가 낮다.

○ 주개/받개가 전극에 수직방향인 두 연속적이고 밀접한 이종접합은 고효율 전하분리와 전하수송을 가능케 하는 이상적 구조이다. 나노구조 이종접합 내 고분자 배향제어도 PSC 성능향상에 상승작용으로 필요하다. 나노임프린트 리소그래피(NIL)는 유기태양전지 내 이종접합 모폴로지와 고분자 사슬 배향을 동시에 제어하는 새로운 기술로 떠오르고 있다.

○ 이 글은 NIL 제조 PSC 분야의 최근 연구를 고찰/요약하고 현재 당면한 도전과 미래 기회를 소개하고 있다. 나노구조 모폴로지 제법의 진보, NIL의 기하학적 구조가 고분자 사슬과 전하수송 및 성능에 미치는 효과 등을 설명하고 있다. P3HT/PCBM 구조에서 통상의 NIL법에선 Si 금형의 나노격자 구조가 P3HT에 전사된 후 P3HT 구조 위에 받개가 스핀코팅 된다. NIL은 반도체 국제기술지도에도 32~16㎚ 공정이 포함되어 있다. NIL법 PSC의 PCE 기록은 현재 3.25%이다. 블록공중합체 나노패턴 금형으로 15㎚ 직경의 P3HT 나노기둥 달성 연구가 보고되었다.

○ 국내 KIMM 정주호 박사 팀은 2002년부터 129억 원의 정부지원을 받아 30㎚급 NIL을 개발하여 디스플레이 등의 응용연구로 다수의 SCI 논문 및 특허, 나노임프린트 장비도 개발/공급하여 이미지 센서의 국내 양산을 추진하고 있다. 현재 정부 추진의 나노 2020 프로젝트의 성공도 기대한다. KAIST 이재현 등의 NIL의 BHJ형 PSC 효율향상, 연세대 김중원 등의 NIL BHJ OPV의 최적설계 등이 국제적 연구 예이다.

○ 한국은 이미 OLED 등에 NIL 연구가 활발하다. 금후 세계 최초로 NIL법 PSC의 실용화, 좁은 띠 간격의 새로운 주개 고분자에 대한 NIL 가공, 더 높은 종횡비의 나노구조에 의한 PCE 향상의 달성을 기대한다.

저자

Yi Yang et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2012

권(호)

6(4)

잡지명

ACS Nano

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

2877~2892

분석자

변*호

분석물

• 나노임프린트 고분자 태양전지.pdf [261,021 byte]

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