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성능/효과
- 전도성 고분자 즉 전자주개 역할을 하는 물질에 풀러렌(fullerene)을 넣고 빛을 조사하면 피코초 이하의 시간영역에서 여기자에서 전자가 분리되어 풀러렌으로 전달되고, 이때의 풀러렌 이온이 매우 안정적인 것이 발견 되었다. 따라서 전도성 고분자와 풀러렌을 혼합한 박막을 만들면 박막 전체에 계면이 형성되어 여기자의 분리효율이 거의 100%에 가까운 수준으로 향상 시킬 수 있게 되었다. 이러한 형태의 구조를 벌크이종접합(bulk heterojunction)이라고 하며, 새로운 전자주개물질의 개발과 풀러렌 유도체를 이용하여 효율을 크게 향상시킬 수 있었다.
- 먼저 정형이종접합 유기태양전지에 관하여 연구된 결과를 살펴보면 나노구조물의 사이즈를 최소 직경 25nm, 길이 80nm를 지닌 P3HT:PCBM 기반의 태양전지가 가장 좋은 결과를 얻고 있으며, 이 경우 벌크형태에서는 3.2%의 효율을 보이지만 정형이종접합형태(직경 25nm)의 경우 3.25%(Adv. Funct.
- Heeger) 교수팀과 일본 오사카 대학의 요시노(Yoshino) 교수팀에 의해서 구현되었다. 전도성 고분자 즉 전자주개 역할을 하는 물질에 풀러렌(fullerene)을 넣고 빛을 조사하면 피코초 이하의 시간영역에서 여기자에서 전자가 분리되어 풀러렌으로 전달되고, 이때의 풀러렌 이온이 매우 안정적인 것이 발견 되었다. 따라서 전도성 고분자와 풀러렌을 혼합한 박막을 만들면 박막 전체에 계면이 형성되어 여기자의 분리효율이 거의 100%에 가까운 수준으로 향상 시킬 수 있게 되었다.
후속연구
- 현재까지는 많은 연구들이 각각의 방법에 대해서 집중적으로 연구되어온 경향이 있었으나, 앞으로는 태양전지의 물질과 내부 나노 단위의 형상 그리고 추가적인 물질을 삽입하여 효율을 향상시키는 방법과 같은 여러 방법들의 장점을 모두 함께 이룰 수 있는 연구가 진행될 것이다. 또한 미쯔비시 화학에서 달성한 10% 효율은 작은 셀(cell) 하나의 효율이며, 서브 모듈 단계에서의 현재 최대 효율은 스미토모 화학(Sumitomo chemical)의 4.2%인 것을 감안 할 때 이러한 상품화를 위하여 대량 생산을 위한 모듈 개발에 대한 연구도 필요 할 것이다.
- 이것은 동일 조건에서 벌크에 비해 정형이종접합형태가 더 좋은 성능을 보일 수 있다는 것을 실험적으로 보여준 사례이다. 하지만 일반적으로 벌크형태의 광전변환효율이 4%를 보이고 있는 점을 감안하면 여전히 낮은 성능이기 때문에 향후 더 많은 연구가 수행되어야 할 것으로 보인다.
- 마지막으로 분리된 전자와 정공의 이동성을 확보할 수 있는 형태를 가지는 것이 중요하며 이 세 가지를 함께 만족 시킬 수 있을 때 가장 높은 효율을 보일 수 있게 되는 것이다. 현재까지는 많은 연구들이 각각의 방법에 대해서 집중적으로 연구되어온 경향이 있었으나, 앞으로는 태양전지의 물질과 내부 나노 단위의 형상 그리고 추가적인 물질을 삽입하여 효율을 향상시키는 방법과 같은 여러 방법들의 장점을 모두 함께 이룰 수 있는 연구가 진행될 것이다. 또한 미쯔비시 화학에서 달성한 10% 효율은 작은 셀(cell) 하나의 효율이며, 서브 모듈 단계에서의 현재 최대 효율은 스미토모 화학(Sumitomo chemical)의 4.
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