초록 ▼

연구개요
● 본 연구에서는 고분자를 활성층으로 한 유기박막형 태양전지에서 수열합성법에 의해 제막된 금속산화물 나노구조체를 정공수송층으로 조합한 유·무기 하이브리드형 태양전지의 광전변환효율 개선과 구동 안정성 향상을 위한 열화 메카니즘 규명을 목표로 한다. 수열합성법을 적용하여 산화금속전구체를 나노 박막화하여 유기활성층과 금속산화물 나노구조체와의 계면에서의 젖음성을 조절함으로써 소자의 광전효율 향상을 시도한다. 심화임피던스 측정법을 적용하여 구동 안정성이 부족한 소자의 열화 메카니즘을 규명할 수 있는 새로운 기법을 제시하고자 한

연구개요
● 본 연구에서는 고분자를 활성층으로 한 유기박막형 태양전지에서 수열합성법에 의해 제막된 금속산화물 나노구조체를 정공수송층으로 조합한 유·무기 하이브리드형 태양전지의 광전변환효율 개선과 구동 안정성 향상을 위한 열화 메카니즘 규명을 목표로 한다. 수열합성법을 적용하여 산화금속전구체를 나노 박막화하여 유기활성층과 금속산화물 나노구조체와의 계면에서의 젖음성을 조절함으로써 소자의 광전효율 향상을 시도한다. 심화임피던스 측정법을 적용하여 구동 안정성이 부족한 소자의 열화 메카니즘을 규명할 수 있는 새로운 기법을 제시하고자 한다.
● PEDOT:PSS층을 대신한 정공수송물질로써 유기물과의 밴드갭을 고려하여 설계한 WO₃, NiO, V₂O₅, 그리고 MoO₃ 등과 같은 p-타입 금속산화물 나노구조체를 정공수송층으로 도입하고자 한다. 금속산화물 나노구조체는 졸-겔법으로 전구체를 제작하여 스핀코팅 후 CVD 등을 이용하여 성장시키고 있으나, 수열합성법을 적용함으로써 제조공정을 단순화하여 공정 비용을 낮추는 경제적, 기술적 효과를 노리고자 한다. 또한 유기태양전지에 주로 이용하고 있는 PEDOT:PSS 정공수송층을 대체함으로써 장기적 안정성 부족 문제를 극복하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
● 고성능 유기태양전지 소자 제작과 광전기적 특성 분석을 전문적으로 맡아 연구하고자 한다. 전도성 투명 전극에 p-타입 산화금속의 나노구조체를 성장시킨 후 모폴로지 분석을 통한 나노구조체 제막법을 습득하고, 제작된 유기태양전지 소자의 광전기적 성능과 임피던스 심층 분석 결과를 비교하여 장기간 안정성에 대한 근사 결과를 내는 것을 목표로 한다.
- 수열합성을 통한 p-타입 금속산화물의 나노구조체 성장에는 성공하였으나 그 두께조절이 매우 어려움
- CuO 정공수송층 나노구조체 성장은 막대형이 아닌 플라워 형으로 성장하였음
- MoO3 nanorod 정공수송층을 갖는 유기태양전지의 광전변환효율은 평균 1%의 값을 보였음
● 1차년도에 기존의 데이터 또는 기존 보유의 솔라셀의 재평가를 수행하고, 전도성 기판에 수열합성법을 이용한 산화금속 나노 구조체를 성장시키는 제막 기술 습득에 집중한다.
- 수열합성을 통한 MoO3의 nanorod 형성에는 성공하였지만 nanorod가 누워있는 현상이 발견됨으로 기판과 MoO₃의 접합이 좋지 않은 것으로 판단됨
● 습득한 제막법을 바탕으로 고성능의 정공수송층을 산화금속 나노구조체로 적용한 고성능 정구조형 유·무기 태양전지를 제작 평가한다.
- 기 제작한 PEDOT:PSS 정공수송층을 갖는 유기태양전지는 평균 1.7%의 광전변환효율을 보이며 MoO₃ nanorod 정공수송층을 갖는 유기태양전지는 평균 1%의 광전변환효율을 보임
● 2년차에는 성능이 확보된 정구조형 유·무기태양전지를 바탕으로 안정성 확보를 목표로 한 열화 메카니즘의 총체적 정리한다. 측정된 안정성을 토대로 장기간 구동 안정성을 지닌 고성능 유기태양전지 소자의 최적화하며, 규명된 최적조건을 다른 형태의 태양전지에의 적용 가능성을 검토한다.
- 기존 목표였던 유기태양전지에서 페로브스카이트 태양전지로 목적을 변경함에 따라 광전변환효율을 재확인하였고 MoO₃ nanorod의 합성조건에 따라 평균 0.7, 2.4, 3.8, 4.6, 5.3 7.7%의 광범위한 광전변환효율이 측정됨

연구개발결과의 중요성
● 금속산화물 nanorod 층의 성장 메카니즘 규명과 다양한 솔라셀에의 적용으로 소자의 성능향상 메카니즘의 학문적 이해를 업그레이드함.
● 적정 소자 조건 수립으로 값비싼 정공수송층으로 사용하는 PEDOT:PSS 물질을 대체할 수 있어서 태양전지 제작비용을 크게 감소시킬 수 있음.
● 일반 솔라셀 소재 및 소자 개발 연구자들이 유용 가능한 솔라셀 안정성 평가법을 제공하여 솔라셀 연구방법 및 개발 기술의 전기를 마련함.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 1차 년도 ... 6
• 나. 2차 년도 ... 10
• 다. 종합평가 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 15
• 끝페이지 ... 15