고효율 유기태양전지 내 모폴로지 제어용 첨가제

전문가 제언

○ 벌크이종접합(BHJ) 태양전지는 가장 유망한 유기태양전지 기술인데 저비용, 높은 생산성, 친환경 에너지 변환 덕이다. 유기태양전지는 아직 실리콘 태양전지나 박막 태양전지 중 독성이 우려되는 CdTe(카드뮴텔루라이드), 또는 희귀성 재료를 가진 CIGS(구리인듐갈륨셀레나이드) 태양전지보다 변환효율(PCE)이 낮아 이의 향상이 시급하다.

 

○ PCE 향상에는 크게 보아 ①태양 스펙트럼 중 띠 간격이 작은 장파장대의 더 많은 흡수를 통한 전류의 증가, ②주개의 HOMO(최고점유분자궤도함수)와 받개의 LUMO(최저비점유분자궤도함수) 간격 증가에 의한 전압의 증대, ③주개와 받개 사이의 최적관계에 의한 FF의 증대가 필요하다. 최근 ①과 ②의 동시 충족용 주개고분자가 개발되었다.

 

○ 동일한 재료구성에서 모폴로지 제어는 PCE를 높인 최근의 놀라운 진보의 한 주축이며, 과거의 후가공을 없앤 기술이다. 이 글은 용매 첨가제를 가진 가공에 의한 모폴로지 제어를 중점 설명하고 있다. 오늘날 용매 첨가제 이용은 널리 채택되고 대규모 가공에 적합해 보인다. 이 글은 재료선택, 여러 길이를 갖는 모폴로지 차이 그리고 첨가제와 BHJ 재료들 사이의 상호작용도 설명하고 있다. 용매 첨가제의 역할 이해를 위한 이 글은 체계적이고 데이터 정리가 잘되어 큰 도움을 줄 것이다.

 

○ 오늘날 유기태양전지의 최고 효율은 도치형 단일접합 구조에서 9.2%인데 초고분자 PFN 중간층의 ITO 상 사용으로 낮아진 음극 일함수 덕이다. 우리나라는 유기고분자 태양전지 분야에서, 특히 용매 첨가제 사용에서도 앞섰는데 2012년 광주과기원 김용희 등은 P3HT:PCBM의 BHJ 셀에 용매 첨가제 DIO를 사용한 스프레이 가공으로 효율을 향상했다. 2013년 울산과기대의 김이호 등은 주개 poly(2,3-bis-(3-octyloxyphenyl) quinoxaline-5,8-dyl-alt-thiophene-2,5-diyl)(TQ1)를 사용한 태양전지의 나노모폴로지 개선에 용매 첨가제 염화나프탈렌 사용으로 PCE 7%를 얻었다.

 

○ 또한 2013년 손선경은 고려대 박사학위 논문인 유기태양전지를 위한 diketopyrrole(DPP) 기반의 고분자 합성과 특성평가에서 클로로포름과 o-dichlorobenzene 혼합용매를 사용하여 PCE 최고 5.4%를 달성했다.

저자

Hsueh-Chung Liao et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2013

권(호)

16(9)

잡지명

Materials Today

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

326~336

분석자

변*호

분석물

• 고효율 유기태양전지 내 모폴로지 제어용 첨가제.pdf [388,576 byte]

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