세계적으로 석유자원의 고갈로 대체 에너지 중에서도 태양전지는 가장 주목받는 기술 중에 하나이며, 크게 무기물 태양전지와 유기태양전지로 구분된다. 그 중에서 유기태양전지의 변환효율은 무기물 태양전지에 상당히 미치지 못하지만, 제작공정의 비용이 낮고, 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성을 띠는 장점으로 인하여 무기물 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 저비용 제품으로 사용될 가능성이 높아지고 있다. 현재 유기태양전지의 효율, 수명, 그리고, 안정성이 태양전지의 보급화에 중요한 이슈이며, 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 글은 유기태양전지의 기술적 원리, 현재 개발 동향 및 이슈, 그리고 발전 방향에 대하여 정리하였다.
세계적으로 석유자원의 고갈로 대체 에너지 중에서도 태양전지는 가장 주목받는 기술 중에 하나이며, 크게 무기물 태양전지와 유기태양전지로 구분된다. 그 중에서 유기태양전지의 변환효율은 무기물 태양전지에 상당히 미치지 못하지만, 제작공정의 비용이 낮고, 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성을 띠는 장점으로 인하여 무기물 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 저비용 제품으로 사용될 가능성이 높아지고 있다. 현재 유기태양전지의 효율, 수명, 그리고, 안정성이 태양전지의 보급화에 중요한 이슈이며, 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 글은 유기태양전지의 기술적 원리, 현재 개발 동향 및 이슈, 그리고 발전 방향에 대하여 정리하였다.
Currently, the alternative energy is one of the critical issues because of exhaustion of petroleum resources and its high cost. The solar cell is considered as the one of the promising alternative energy. And the solar cell can be classified to inorganic solar cell and organic solar cell. Although t...
Currently, the alternative energy is one of the critical issues because of exhaustion of petroleum resources and its high cost. The solar cell is considered as the one of the promising alternative energy. And the solar cell can be classified to inorganic solar cell and organic solar cell. Although the efficiency of organic solar cell is very lower than the that of inorganic solar cell, organic solar cells have many advantages including low process cost, high transmittance, color variation, and flexibility. For these reasons, organic solar cells have the potential in low cost solar cell market that is challenging for inorganic solar cells. Recent researches of organic solar cell is concentrating on enhancement of efficiency, lifetime, and stability to order to commercially use. Working principles and the development issues of organic solar cells are discussed in this paper.
Currently, the alternative energy is one of the critical issues because of exhaustion of petroleum resources and its high cost. The solar cell is considered as the one of the promising alternative energy. And the solar cell can be classified to inorganic solar cell and organic solar cell. Although the efficiency of organic solar cell is very lower than the that of inorganic solar cell, organic solar cells have many advantages including low process cost, high transmittance, color variation, and flexibility. For these reasons, organic solar cells have the potential in low cost solar cell market that is challenging for inorganic solar cells. Recent researches of organic solar cell is concentrating on enhancement of efficiency, lifetime, and stability to order to commercially use. Working principles and the development issues of organic solar cells are discussed in this paper.
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문제 정의
유기태양전지는 제작공정의 비용이 낮고, 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성을 띠는 장점으로 인하여 무기물 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 저비용 제품으로 사용될 가능성이 높아지고 있다. 본 글에서는 차세대 신형 전지로 주목 받고 있는 나노박막형 유기 태양전지의 기술적 원리, 현재 개발 동향 및 이슈, 그리고 발전 방향에 대해 살펴보고자 한다.
[10]. 앞에서의 다른 연구그룹과 같은 맥락에서 본 연구진은 ITO 전극 표면에2와 CF4의 표면 처리를 통하여 전극 표면의 저항을 감소시키고, 전극과 활성층의 흡착을 증가시켜 효율을 향상시킨 연구를 진행하였다. CF4플라즈마를 이용하여 표면처리를 하였을 경우, 하지 않았을 경우보다 약 40% 가량의 효율향상을 얻을 수 있었다 [13],
Padinger그룹에서 열처리의 도입으로 효율을 높인 연구가 진행되었다. Donor 고분자 P3HT와 acceptor 고분자 PCBM을 사용하여 active layer를 형성하였으며, 열처리를 하지 않은 소자의 경우 0.4%의 낮은 효율을 보였지만, 소자를 만든 후 75 ℃ 에서 4분 동안 열처리 하여 P3HT 고분자의 결정성을 증가함으로써 효율이 2.5%로 급격하게 향상된다. [9], 또한, 열처리 과정 중에 전기장을 추가로 걸어주면 효율이 3.
5, 80mW/cm2의 조건 5%에 근접할 정도로 효율을 향상 시켰다 [12], 두 물질로 활성층을 제작 시 비율과 공정 조건, 또한 전처리, 후처리 조건의 변화, 사용 용매 등 그 제작 공정에 따라 현저한 효율 차이가 나고 있다. 이를 통해 P3HT의 결정화 정도와 두 물질의 혼합 정도 및 전극과의 흡착 정도에 따라 결과의 차이가 있는 것으로 결론을 내릴 수 있다. [10].
플러렌 유도체가 도입되면서 donor 고분자와 blending 현상이 향상되었다. 이러한 물리적 성질로부터 고분자 bulk hetero-junction 태양 전지의 개발이 이루어 졌으며, 유기태양전지의 효율을 급속히 향상시킴으로써 상용화의 기반을 마련하였다.
후속연구
공정기술 또한 많은 과제를 안고 있다. 따라서 화학, 고분자, 전자 등 기초과학과 공학 전반에 걸친 심도 높은 연구가 필요하며, 국내의 기존 산업적 기반과 연구개발력을 활용한다면 세계적인 수준의 연구결과가 기대될 것이라고 전문가들은 예견하고 있다.
선진국과는 다르게 국내의 유기태양전지의 연구는 기간이 짧고 연구층도 부족하지만, 유기 태양전지와 비슷한 분야인 유기발광소자(organic/polymer light emitting display) 기술을 유기 태양전지 개발에 응용한다면 선진국과의 기술 격차는 매우 빠른 시간 내에 줄일 수 있을 것으로 보인다. 유기 발광 소자와 마찬가지로 유기물질로 구성된 유기태양전지 역시 수명과 안정성이 태양전지의 보급화에 중요한 이슈이며, 체계적인 연구가 필요하다. 결국, 본유기 태양전지 분야는 이제 막 기술적 가능성을 확인하고 본격적인 연구개발이 시작되고 있는 분야로서, 선진국이나 국내 모두 효율과 수명 향상, 대면적화 등 실용화를 위해 훨씬 많은 일이 요구되는 초기 개발단계라고 전문가들은 보고 있다.
참고문헌 (13)
문상진, 김희주, 고분자과학과 기술, 17, 409-410, (2006)
G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl and A. J. Heeger, Science 270, 1789 (1995)
S. Sohn, G. Kim, K. Park, E. Nam, D. Jung, S. Jang, H. Chae, H. Kim, M. H. Kim, and Y. U. Kwon, Proceedings of International Symposium on Dry Process, 157, (2006)
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