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고분자 이종접합 태양전지의 연구진전

전문가 제언: ○ 실리콘태양전지가 장기간 실용화되어 왔으나 제조공정비가 높아 보급에 한계가 있다. 유기박막태양전지는 쉽게 구할 수 있는 유기분자 활성층을 용액 인쇄방식 기술에 의해 플라스틱 대면적 박막기판에 롤투롤(R2R)식으로 연속 증착할 수 있어 염가태양전지 실현의 기대가 높다.

○ 이 글은 유기박막 태양전지 중 빠른 기간 내에 염가 양산 가능성이 큰 고분자태양전지(PSC)의 연구진전을 체계적으로 소개하고 있다. 고분자의 단점인 태양광 흡수부족, 고분자내 여기자 전하분리의 어려움, 고분자 내 낮은 정공이동도 등과 이의 해결을 위한 연구진척의 요체를 설명하고 있다. 변환효율/내구성 향상, 최근의 배리어막 이용과 R2R법에 의한 대면적 모듈을 갖는 PSC의 양산기술 개발까지 소개하고 있다.

○ 해외에선 PCPDTBT 등의 낮은 띠간격 고분자/모듈 원천기술을 보유한 미국 Konarka Technologies가 최초로 옥외태양광에서 안정성 실험으로 P3HT: PCBM 셀의 산업화에 앞섰으나 금년 6월 파산 신청하였다. PCE 10% 이상 기술을 보유한 일본 Mitsubishi화학, Sumitomo 등이 상용화를 목표로 재료 및 R2R공정을 개발하고 있다. 유럽에선 장기안정성 연구에 주력하여 Krebs 등의 도치구조, 열분해 고분자 P3CT 이용 안정성 향상과 전층용액법에 의한 R2R 양산기술을 개척하였다.

○ 국내 PSC연구는 세계 정상급이다. 광주과학기술원(GIST) 히거연구센터의 이광희 교수팀(미국 A.J. Heeger 교수 포함)은 2007년 탠덤셀의 6.5%, 2009년 단층셀의 6% 초과 PCE 세계기록을 갖고 있다. 2010년 부산대 김진우 등의 D-A 교차 코폴리머 합성에 의한 광흡수영역 확대 및 HOMO-LUMO 간격 증대에 의한 Voc 증대 달성 등이 유명하다. 이외 ITO 대체고분자 전극보고, R2R연구 등 국내 연구가 다수 있다.

○ 국내 산업체에서는 유일하게 자체개발 내열수지 및 필름제조기술 기반의 코오롱인더스트리가 2007년부터 대규모 투자로 유기태양전지(OPV) 연구를 진행하여 2011년 단일층 PSC의 국내 최고 7.02%의 PCE를 달성하였다. R2R 연속공정기술에 의한 2017년 OPV 모듈상용화 목표를 갖고 한국화학연구원 등과 공동연구 수행중이다. 획기적 지원이 필요하다.

저자: Yanmin Wang et al
자료유형: 학술정보