박막 유기 태양전지에서의 광 포획 향상 기술

전문가 제언

○ 경제성이 높고 응용이 다양한 유기 태양전지(OSC)는 파워변환효율(PCE)이 단일접합에서 9.2%대에 머물고 있다. OSC의 주된 문제는 광 여기 전하 캐리어의 낮은 이동도와 짧은 확산 길이로, 활성층 두께는 전하수송의 원활화와 재결합 손실의 최소화를 위해 박막이 되어야 한다.

 

○ 그러나 OSC에서 박막 활성층 내 비효율적 광흡수로 광손실은 상당히 높을 수 있어 광포획 계획은 효율적 OSC에서 매우 중요하다. 두꺼운 무기계 태양전지에서의 전통적 광포획 전략은 OSC에서는 박막 활성층 두께 등으로 파동효과가 크므로, 수정이 필요하다. 이 글은 유기 박막태양전지를 위한 광포획 계획을 명료하게 소개하고 있는데, 셀의 나노/마이크로 크기의 기하학적 구조 공학, 플라즈몬 구조 등이 포함된다.

 

○ 미세구조 이용 광포획 향상 기술의 주요 예로는 V 구조의 두 변에 셀을 가진 플라스틱 기판의 접힘 탠덤 태양전지 모듈의 PCE 50% 향상이 있다. 유기 활성층의 저굴절률/내부 전반사 이용과 V-형상 셀에 마이크로프리즘 기판 적용, 광 통과길이의 100배 향상 예측 구조도 소개되었다. 고무 내에 분산된 TiO2 나노입자의 유전체 흩뜨리개는 반사와 투과의 비율 조정이 쉬워 광전류를 110% 향상시키고, 직접 레이저 간섭에 의한 플라스틱 기판의 깊은 주름 패턴화는 광전류 50% 향상을 보였다.

 

○ 자유전자의 집단적 진동인 플라즈몬 효과는 이 글에서 뚜렷한 광포획 향상 소개가 부족하다. 금속 나노입자 내 또는 금속/유전체 계면에서의 자유전자는 에너지를 나노입자 내 국소 표면플라즈몬공명(LSPR)에 저장 또는 금속/유전체 계면의 표면플라즈몬 폴라리톤(SPP)에 저장한다. 이는 근접장 향상이나 원접장 산란을 통해 활성층에 흡수되어 변환된다.

 

○ 국내 OSC의 광포획 연구는 늦은 편이다. 2007년 GIST의 나석인 등의 활성층 상부에 고무 표면부조격자(SRG) 이용에 의한 광학적 통과길이 향상이 보고되었다. 2010년 서울대 김세용, 2013년 KAIST 조창순 등의 보고가 있다. 플라즈몬 이용연구는 2013년 울산과기대 김진영 등의 PCE 8.9%(20% 향상)달성이 보고되었고, 동년 광융합국제공동연구소 설립으로 플라즈모닉 광기술의 본격적 연구가 개시된 것은 큰 행운이다.

저자

Zheng Tang et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2014

권(호)

17(8)

잡지명

Materials Today

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

389~396

분석자

변*호

분석물

• 박막 유기 태양전지에서의 광 포획 향상 기술.pdf [383,978 byte]

이미지변환중입니다.