초록 ▼

□ 연구개요
유연하고 변형이 가능한 은나노와이어 기반의 투명전극을 기반으로 안정적인 반투명 유기 태양전지를 제작하고 유연기판소자의 제약요소들을 극복하여 광전변환효율을 높이는 것이 본 연구의 최종 목표이다. 더불어 제작공정에서 발생하는 물리현상들의 미시적/거시적 특성을 이해하고 이를 소자 제작에 적극 활용하고자 한다. 이를 위해 embedded type의 은나노와이어 투명전극을 유연소재 기판 위에 제작하고 공정을 최적화하여 전기적/광학적 특성을 개선한다. 유연소자 제작에 유리한 비풀러렌계 폴리머를 기반으로 하는 고효율 유기태양전

□ 연구개요
유연하고 변형이 가능한 은나노와이어 기반의 투명전극을 기반으로 안정적인 반투명 유기 태양전지를 제작하고 유연기판소자의 제약요소들을 극복하여 광전변환효율을 높이는 것이 본 연구의 최종 목표이다. 더불어 제작공정에서 발생하는 물리현상들의 미시적/거시적 특성을 이해하고 이를 소자 제작에 적극 활용하고자 한다. 이를 위해 embedded type의 은나노와이어 투명전극을 유연소재 기판 위에 제작하고 공정을 최적화하여 전기적/광학적 특성을 개선한다. 유연소자 제작에 유리한 비풀러렌계 폴리머를 기반으로 하는 고효율 유기태양전지를 제작하고 이를 바탕으로 광전변환효율 6.5% 이상의 고효율 반투명 유기태양전지를 구현한다. 각각 최적화된 은나노와이어 유연 투명전극과 반투명 유기태양전지를 결합하여 유연한 반투명 유기태양전지를 제작한다. 제작된 소자 위에 광구조를 적용하여 입사각에 따른 반사손실을 최소화하고 소자 특성을 개선한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1)유연투명전극 제작: Embedded type의 은나노와이어 투명전극을 실리콘 유기중합체 기판에 제작하였고, 제작한 투명전극은 투과도 87%, 면저항 8.5Ω/sq로 특징지수(Figure of Merit) 300을 달성하였다. 이는 목표치인 특징지수 250을 상회하는 수치이다. 다양한 기판 모체를 사용하여 투명전극을 제작해 보았고, 이를 통해 은나노와 이어와의 결합력이 가장 좋은 물질을 찾아냈다. 거기에 welding기술, 마이크로 미터 크기의 은 격자를 적용하여 기계적 유연성을 확보했을 뿐 아니라, 광학적/전기적 특성을 개선했다.
(2)비풀러렌계 유기태양전지: 기존의 PBDB:ITIC 기반의 광활성층을 PM6:Y6기반의 광활성층으로 대체하였고, 성막조건, 첨가제 적용 등의 공정을 최적화하여 광전변환효율 12.95%의 고효율 유기태양전지를 제작하였다. 이는 목표치인 9%를 상회하는 수치이다.
(3)반투명 유기태양전지: PM6:Y6기반의 유기태양전지의 상단부 전극을 유전체/금속/유전체 투명전극으로 대체하였다. 상단부 투명전극은 전산모사를 통해 최적화 구조를 찾아냈고, 이를 구현하여 가시광 영역(0.38~0.74μm)의 투광도 20.4%를 유지하면서도, 광전변환효율 8.98%를 달성하였다.
(4) 전산모사를 통해 소자 위에 적용한 광구조의 효과를 예측하였고, 실제 소자 위에 광구조를 적용하여 소자의 특성을 관찰하였다. 소자 위에 제작된 광구조는 소자의 전류밀도를 8% 정도 증가시키는 것을 확인했고, 광전변환효율도 ~7% 증가하였다. 하지만 입사각에 따른 소자 효율의 감소를 줄이는 데에는 광구조에 의한 효과가 거의 없는 것으로 나타났다.

□ 연구개발결과의 중요성
유연기판 기반의 반투명 태양전지 제작은 유기태양전지가 가질 수 있는 장점을 극대화하는데, 유리창이나 건물의 곡면 혹은 신체나, 의류 등에 사용되어 기존의 무기 태양전지를 보완할 수 있으며, 이와 같은 기능을 저비용으로 대량생산할 수 있는 길이열렸다는 것을 의미한다. 또한, 이번 연구의 성과인 유연 기판 기반의 투명전극, 비풀러렌계 유기태양전지 제작 공정 및 분석, 광구조 설계 및 제작 기술 등은 그 자체로 흥미로운 연구 분야일 뿐 아니라 다양한 플라스틱 전자소자 및 광전소자의 제작에 활용될 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. 유연투명전극 제작 ... 5
• 2.2. 비풀러렌계 유기태양전지 ... 6
• 2.3. 반투명 유기태양전지 ... 8
• 2.4. 광자 재활용으로 광자변환효율 개선 ... 10
• 2.5. 유연한 반투명 유기태양전지 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 3.1. 유연 투명전극 개발 ... 13
• 3.2. 고효율 비풀러렌계 유기태양전지 제작 ... 13
• 3.3. 반투명 유기태양전지 제작 ... 13
• 3.4. 광구조 제작/전산모사 ... 13
• 3.5. 유연 기판에 활용할 수 있는 버퍼층 제작 공정 개발 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 14
• 대표적 연구실적 ... 14
• 끝페이지 ... 15