유기태양전지의 기술현황과 전망

전문가 제언

○ 유기태양전지(Organic Photovoltaic Cell, OPVC)는 생산 및 가공비용이 적을 뿐 아니라 기계적으로 유연하기 때문에 제품형태 면의 융통성이 크고, 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식에 의한 대량생산이 가능하다는 여러 가지 장점 때문에 최근 주목받고 있다. OPVC는 전력변환효율(Power Conversion Effiency, PCE)이 낮다는 약점을 가지고 있지만, 제조원가가 낮기 때문에 10% 정도의 PCE로도 상용화가 가능하다. 또한 PCE와 더불어 안정성과 수명을 더 높이기 위한 노력이 필요하다.

○ OPVC가 빛을 흡수하면 전자-정공 쌍인 엑시톤(exciton)이 생성된다. 이 엑시톤은 주개(donor)/받개(acceptor)의 계면으로 확산하여 그곳에서 자유 전자/정공으로 분리되고, 그것들이 각각 음극과 양극으로 이동하면서 전류가 발생한다. 따라서 전지의 효율을 향상시키기 위해서는 OPVC 재료의 흡수광 파장 대역 확장, 엑시톤의 확산거리 축소, 계면 형태와 전기적 성질의 최적화, D-A 계면의 자유 전자/정공이 각 전극으로 이동하는 경로의 장애물 최소화가 이루어져야 한다.

○ 흡수광의 파장 대역을 넓히기 위한 작은 밴드 갭의 폴리머의 개발, 다양한 흡수 대역을 가진 폴리머들의 적층, 유기-무기 혼성재료의 연구가 진행되고 있다. 또 엑시톤 확산거리를 줄이고 전하운반자의 수송 장애를 제거하기 위해 BHJ(Bulk Heterojunction) 또는 OHJ(Ordered Heterojunction) 등 주개-받개 미세구조의 변경이 연구되고 있다. 이런 노력으로 OPVC의 PCE는 점차 증가하고 있고, 독일 Heliatek사는 최근(2013) 12%라는 세계기록을 작성하였다. 동사는 2015년까지 PCE를 15%로 끌어올리고, OPVC의 롤-투-롤 생산을 시도할 계획이다.

○ 국내에서는 코오롱인더스트리가 OPVC 연구에 가장 힘을 기울이고 있다. 2007년부터 매년 20억원 규모를 투자하여 2012년에는 7.02%의 PCE를 달성하였다. 2015년까지 유연성 OPVC 모듈 개발을 목표로 KRICT와 공동연구를 수행하고 있다. 그밖에 KIST, KIMM, KIMS, GIST 등의 연구기관들도 OPVC를 연구하고 있다. 구미와 일본에서는 OPVC의 가능성을 높게 보아 국가적으로 지원하고 있으므로 한국도 앞으로 지원규모를 높일 필요가 있다.

저자

Naichia Yeh, Pulin Yeh

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2013

권(호)

21

잡지명

Renewable and Sustainable Energy Reviews

과학기술
표준분류

재료

페이지

421~431

분석자

심*주

분석물

• 유기태양전지의 기술현황과 전망.pdf [381,705 byte]

이미지변환중입니다.