초록 ▼

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
태양에너지는 세계인구의 급격한 증가와 이에 따른 에너지 사용량의 증가를 해결할 영구적이며 환경친화적인 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 그러나 현재 태양광에너지의 생산단가는 기존의 화석에너지에 비해 높은 실정이며, 태양광발전을 주 에너지원으로 활용하기 위해서는 가격경쟁력의 확보가 요구된다. 고분자 박막 태양전지는 용액공정에 기반한 대량생산성과 저가의 재료로 인해 차세대 태양전지의 유력한 후보군으로 간주되어 왔으나 실리콘 기반 태양전지 대비 낮은 수명과 효율로 인해 기존의 기술을 대체하지 못하고

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
태양에너지는 세계인구의 급격한 증가와 이에 따른 에너지 사용량의 증가를 해결할 영구적이며 환경친화적인 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 그러나 현재 태양광에너지의 생산단가는 기존의 화석에너지에 비해 높은 실정이며, 태양광발전을 주 에너지원으로 활용하기 위해서는 가격경쟁력의 확보가 요구된다. 고분자 박막 태양전지는 용액공정에 기반한 대량생산성과 저가의 재료로 인해 차세대 태양전지의 유력한 후보군으로 간주되어 왔으나 실리콘 기반 태양전지 대비 낮은 수명과 효율로 인해 기존의 기술을 대체하지 못하고 있다.
본 연구과제는 나노입자와 전도성 고분자를 화학적 결합을 통하여 하이브리드하고 이를 신개념의 광학구조체와 결합하여 고효율의 고분자-나노입자 태양전지를 개발함으로써 에너지 부족문제에 대처하는 것을 목표로 한다. 나노입자가 지닌 우수한 광학적, 전기적 특성을 전도성고분자의 유연성, 저중량성 및 용액공정성과 결합하여 우수한 광전변환효율을 지닌 나노구조체를 분자수준에서 합성 및 제어하고, 신개념의 광학 구조체가 적용된 소자에 이를 접목하여 초저가 􍾳 고효율의 제 3세대 신개념 태양전지를 개발하고자 한다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
유기 태양전지의 기초 원리 연구 및 재료물성 평가방법 연구
- 유기 태양전지에 적용되는 재료의 광 특성 분석
- 유기 태양전지에 적용되는 재료의 전기적 특성 분석
- 유기 태양전지 소자의 광 특성 및 전기적 특성 분석
- 유기 태양전지를 위한 최적의 재료 발굴 및 단위 재료 평가 방법 연구
고효율 고분자 나노입자 하이브리드 태양전지 소자기술 연구
- 고분자 나노입자 하이브리드 태양전지의 특성향상을 위한 재료 및 구조 연구
- 고분자 나노입자 하이브리드 태양전지의 재료의 물성과 소자 특성과의 상관관계 연구
- Tandem 유기 태양전지를 위한 고분자 나노입자 하이브리드 태양전지 소자
최적화 연구
고효율 Tandem 유기 태양전지 소자기술 연구
- Tandem 유기 태양전지의 원리 연구
- Tandem junction layer 기초 연구
- Tandem 유기 태양전지를 위한 새로운 junction layer 재료 연구
- Tandem 유기 태양전지를 위한 새로운 junction layer 구조 연구

Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
본 연구를 통해 저분자 및 고분자 태양전지의 정공추출층, 전자추추층, 광활성층에서의 다양한 소자기술과 탠덤 태양전지 기술을 개발하였다. 개발된 소자기술은 향후 유기 광활성층 소재 기술의 발전과 함께 유기태양전지의 효율 향상에 기여할 것이다. 본 기술은 비단 유기태양전지 뿐만 아니라 유기발광소자 및 perovskite 태양전지 기술에 활용 될 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 저분자 정공추출층은 유기발광소자의 정공수송층으로 적용이 가능하며 다양한 용액공정기반 태양전지 기술은 고분자:나노입자 하이브리드 또는 perovskite 태양전지에 적용하여 고효율 유/무기 하이브리드 태양전지 개발이 가능할 것으로 보인다.
(출처: 요약문 4p)

Abstract ▼

II. Objectives and Justifications of the Project
Solar Energy have been considered as the next-generation energy resource due to their permanent and environment-friendly properties, and an alternative to solve increasing amount of energy usage come from a rapid growth of population and a developm

II. Objectives and Justifications of the Project
Solar Energy have been considered as the next-generation energy resource due to their permanent and environment-friendly properties, and an alternative to solve increasing amount of energy usage come from a rapid growth of population and a development. However an unit price of solar energy is currently higher than one of fossil fuels, thus it is required to ensure cost compatitiveness of solar cells for utilizing them as a major energy resource. Although a polymeric thin film solar cells have been regarded as one of strong candidates because of solution processibility combined with inexpensive materials, it has not replaced Si-based solar cells originated from their low efficiency and lifetime.
The target of this project is to develop highly efficient polymer-nanoparicle hybrid solar cells based on chemical hybridization between conducting polymers and nanoparticles combined with novel photonic structures and device architectures. By combining innovative optical and electronic properties of nanoparticles with flexibility, light-weight, and solution processibility of polymers, we synthesize and manipulate the nanostructures of polymer-nanoparticle hybrids to realize excellent photon-to-electron conversion efficiency and apply them to novel device architectures with efficient photonic structures. Based on optimized nanoscopic morphology of hybrid materials and device structures, we’ll develop the 3rd eneration solar cells with low-price and high performance.

III. Contents and Scopes of the Project
Basic mechanism research on organic photovoltaics and research on measurement methode of physical properties of organic materials
- Analysis of optical properties of organic solar cell materials
- Analysis of electrical properties of organic solar cell materials
- Analysis of optical and electrical properties of organic solar cell
- Optimum material finding for organic photovoltaics and research on simple device evaluation methods for the material evaluation

Research on device technologies for high conversion efficiency polymer nanoparticle hybrid solar cell
- New materials and structure research for high conversion efficiency polymer nanoparticle hybrid solar cell
- Research on the relationship between material and device characteristics
- Optimazation of single polymer nanoparticle hybrid solar cell for tandem organic photovoltaics

Research on device technologies for high conversion efficiency tandem organic photovoltaics
- Basic research of tandem solar cell principle
- Basic research on the tandem junction layer
- Basic research on the new materials for the tandem junction layer
- Basic research on the tandem junction structure

V. Perspectives
Device technologies for small molecule, polymer and tandem solar cells were developed through this research. The device technologies will contribute to further efficiency enhancement in organic solar cells with development of efficient materials for active layer. The technologies can be applied to organic light emitting diodes(OLEDs) and perovskite solar cells. The hole extracting materials developed by this research can be used as hole transporting layer of OLEDs and Various solution processed solar cell technologies can be fused with polymer-nanoparticle hybrid or perovskite solar cells to make highly efficient organic/inorganic hybrid solar cells.
(출처: Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2보고서 요약서 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 6CONTENTS ... 8목차 ... 10제1장 연구개발과제의 개요 ... 12 제 1절. 연구개발의 필요성 ... 12 1. 경제적·산업적 측면 ... 12 2. 기술적 측면 ... 13 제 2절. 연구개발의 범위 및 목적 ... 17 제 3절. 연구개발의 추진체계 ... 18제2장 국·내외 기술개발 현황 ... 19 제 1절. 국내외 관련분야 기술개발 현황 ... 19 1. 장파장 대역 흡수 고분자 물질 개발 ... 19 2. Intermediate layer 구조 연구 ... 20 3. 고효율 탠덤 구조 연구 ... 20 제 2절. 연구결과의 수준 ... 21 1. 고분자 단일 태양전지 ... 21 2. 고분자 탠덤 태양전지 ... 21제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 22 제 1절. 연구성과현황표 ... 22 1. 전문학술지 논문게재 성과 ... 22 제 2절. 저분자 태양전지 연구 ... 23 1. 저분자 단일 태양전지 연구 ... 23 2. 저분자 탠덤 태양전지 연구 ... 31 제 3절. 고분자 태양전지 연구 ... 34 1. 고분자 단일 태양전지 연구 ... 34 2. 고분자 탠덤 태양전지를 위한 intermediate layer 개발 ... 50 3. 고효율 탠덤 태양전지 기술 연구 ... 53제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 57 제 1절. 연구개발목표의 달성도 ... 57 제 2절. 연구결과의 의의 및 기여도 ... 61 1. 고효율 고분자 태양전지 소자 구조 ... 61제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 62 제 1절. 추가연구의 필요성 ... 62 1. 고분자 탠덤 태양전지 ... 62 제 2절. 다른 연구에의 응용 및 기업화 추진방안 ... 62 1. 다른 연구분야로의 응용 ... 62제6장 연구결과개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63 제 1절. 고효율 고분자 태양전지 ... 63 1. 고효율 단일 태양전지 구조 ... 63 2. Intermediate layer 구조 ... 66 3. 고효율 탠덤 태양전지 구조 연구 ... 68제7장 연구시설 장비 현황 ... 71제8장 참고문헌 ... 72끝페이지 ... 73