초록 ▼

□ 연구개요
플러렌계 유기물 태양전지의 성능개선 연구를 통해 확보된 고분자/단분자 나노 엉김구조 최적화 기술 (첨가용매 후처리 당금기술)을, 최근 각광받고 있는 비플러렌계 유기물 태양전지의 나노 엉김구조 최적화 연구에 적용하고자 한다. 이와 더불어, 비플러렌계 유기물 태양전지 소재의 근적외선 영역 형광소광 특성을 측정하여, 최적의 나노 엉김구조를 단시간 찾아내고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
PBDBT:ITIC-m라는 비플러렌계 유기물 태양전지 소재의 나노엉김구조를 첨가용매 후처리 당금기술을 이용하여 최

□ 연구개요
플러렌계 유기물 태양전지의 성능개선 연구를 통해 확보된 고분자/단분자 나노 엉김구조 최적화 기술 (첨가용매 후처리 당금기술)을, 최근 각광받고 있는 비플러렌계 유기물 태양전지의 나노 엉김구조 최적화 연구에 적용하고자 한다. 이와 더불어, 비플러렌계 유기물 태양전지 소재의 근적외선 영역 형광소광 특성을 측정하여, 최적의 나노 엉김구조를 단시간 찾아내고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
PBDBT:ITIC-m라는 비플러렌계 유기물 태양전지 소재의 나노엉김구조를 첨가용매 후처리 당금기술을 이용하여 최적화하였다. 최적화된 소재는 태양에너지 변환효율이 12.4%를 나타내어 기존 방식의 효율 ~11% 보다 향상된 효율을 나타내었다(2019년 Journal of Materials Chemistry A 논문게제). 개선된 나노엉김 소재는 2D 뿐만아니라, 3D 상태에서도 전자 받게인 단분자(ITIC-m) 소재가 고르게 분포되어 보다 좋은 광-전자 변환 효율을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 최적화된 소재는 예상했던 대로 근적외선 영역에서의 형광소광이 최대화되어, 엑시톤의 분리 효율이 개선됨을 알 수 있었다. 펨토초 순간흡수 분광법, 피코초 형광 분광법, 나노초 광전도도 측정법, 정류상태 광유도 흡수 분광법, 나노초 광유도 흡수 분광법 등의 첨단 분광 연구 기술을 이용하여, 최적화된 소재에 대한 광전하 동력학적 원인 규명 연구를 수행하였다. PBDBT:ITIC-m 소재 이외에 12% 이상의 태양에너지 변환효율을 나타내고 있는 PTB7-Th:IEICO-4F, PTB7-Th:Coi8DFIC:PC71BM, PM6:Y6 등의 고효율 소재에 대한 나노구조 제어, 태양전지 효율 최적화, 광전하 동력학 연구를 수행하였다. 연구의 결과를 통해, 비플러렌계 태양전지 소재의 나노구조 최적화를 위해서는 근적외선 영역의 형광소광 측정 연구 뿐만 아니라, 엑시톤 분리 후 다시 재결합 되는 전하이동 에너지 준위 (charge-transferred state) 및 폴라론 에너지 준위 및 이들의 거동을 모니터링하는 것이 매우 중요함을 깨닫게 되었다. 관련된 연구를 진행하고 있으며, 정류상태 광유도 흡수 분광법을 이용한 폴라론 에너지 준위의 특성이 태양전지의 에너지 변환효율과 매우 밀접한 관련이 있음을 발견하였다. 이와 관련하여, 추가 연구를 진행하고, 논문을 발표하고자 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 연구의 결과물로 제시할 수 있는 내용은 연구계획서의 “형광소광 모니터링을 통한 나노구조 및 태양전지 효율 최적화”의 내용을 넘어서는 보다 구체적이고 noble한 결과들이다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 과제를 통해 비플러렌계 유기물 태양전지 소재의 나노구조 최적화를 위한 새로운 방법을 제시할 수 있었다. 뿐만 아니라, 비플러렌계 유기물 태양전지의 성능을 더욱 개선시킬 수 있는 단서들을 찾아내었다. 현재, 진행하고 있는 광전하 동력학 연구를 통해 최근 18% 이상의 고효율을 나타내는 초고효율 소재 및 기타 다양한 유기물 소재에 대한 성능을 재평가 할 수 있다. 유기물 태양전지의 광-전자 변환 과정은, 크게, 엑시톤 분리, 전자-홀 재결합, 폴라론 이동 등으로 나눌 수 있다. 펨토초에서 나노초에 이르는 다양한 시간대에서의 시간분해 레이저 분광학 연구를 수행하여, 각 과정을 모니터링하고, 성능에 대한 제한요소를 명확히 규명할 수 있다. 나노 구조를 제어하고 성능 제한 요소가 개선되었는지 확인할 수 있다. 이러한 연구를 수행하기 위해 추가 선행 연구를 진행하고 있으며, 추후 재단에 계획서를 제출하고자 한다. 태양전지 효율 및 광전하 동력학 최적화 연구를 통해 (가격, 가공성 및 환경적으로 유망한) 유기물 태양전지의 효율이 실리콘 및 페로브스카이트 태양전지의 효율을 넘어서는 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 5
• 4. 참고문헌 ... 5
• 5. 연구성과 ... 6
• 끝페이지 ... 7